evaluaciÓn de la resistencia bajo carga monotÓnica de …
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EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA BAJO CARGA MONOTÓNICA DE UNA
MEZCLA ASFÁLTICA MDC-25 REEMPLAZANDO PARTE DE LA FRACCIÓN
GRUESA DEL AGREGADO POR CONCRETO RECICLADO Y ESTABILIZADO
CON CAL
LINA MARIA LANCHEROS OVALLE
RAQUEL RUBIANO MURCIA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
INGENIERÍA CIVIL
BOGOTA D.C.
2020
2
EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA BAJO CARGA MONOTÓNICA DE UNA
MEZCLA ASFÁLTICA MDC-25 REEMPLAZANDO PARTE DE LA FRACCIÓN
GRUESA DEL AGREGADO POR CONCRETO RECICLADO Y ESTABILIZADO
CON CAL
LINA MARIA LANCHEROS OVALLE
RAQUEL RUBIANO MURCIA
PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERIA CIVIL
ING. HUGO ALEXANDER RONDON QUINTANA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
INGENIERÍA CIVIL
BOGOTA D.C.
2020
3
Nota de aceptación:
__________________________
__________________________
__________________________
__________________________
__________________________
__________________________
Firma del tutor
__________________________
Firma del jurado
4
CONTENIDO
RESUMEN ............................................................................................................ 10
ABSTRACT ........................................................................................................... 10
INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 12
1. OBJETIVOS ................................................................................................... 19
1.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................. 19
1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................... 19
2. MARCO REFERENCIAL ................................................................................ 20
2.1. MARCO CONCEPTUAL .......................................................................... 20
2.1.1. Agregado. .......................................................................................... 20
2.1.2. Agregado grueso – fracción gruesa ................................................... 21
2.1.3. CAL. ................................................................................................... 21
2.1.4. Estabilización. .................................................................................... 24
2.1.5. Generación de residuos de construcción y demolición (RCD). .......... 24
2.1.6. Resolución 472 del 28/02/2017. ........................................................ 27
2.1.7. Resolución 1115 del 26/09/2012. ...................................................... 28
2.1.8. Concreto. ........................................................................................... 28
2.1.9. Concreto Reciclado. .......................................................................... 28
2.1.10. Cemento asfáltico. ............................................................................. 29
2.1.11. Concreto asfáltico. ............................................................................. 29
2.1.12. Mezcla asfáltica densa en caliente MDC-25. ..................................... 30
2.1.13. Diseño de mezcla asfáltica método Marshall. .................................... 32
2.1.14. Porcentaje de Vacíos con Aire en Mezclas Asfálticas Compactadas
Densas y Abiertas I.N.V. E – 736 – 13............................................................ 34
2.1.15. Análisis volumétrico de mezclas asfálticas compactadas en caliente
I.N.V. E – 799 – 13. ........................................................................................ 35
2.1.16. Estabilidad y Flujo de Mezclas Asfálticas en caliente empleando el
equipo Marshall I.N.V. E – 748 – 13. .............................................................. 35
2.1.17. Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas de concreto
asfáltico utilizando la prueba de tracción indirecta I.N.V. E – 725 – 13. ......... 37
5
2.2. ANTECEDENTES .................................................................................... 39
3. METODOLOGÍA ............................................................................................. 49
4. ANALISIS DE RESULTADOS ....................................................................... 55
4.1. CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES ................................................ 55
4.1.1. Agregado pétreo natural .................................................................... 55
4.1.2. Agregado RCA sin estabilizar y estabilizado. .................................... 56
4.1.3. Cemento asfáltico .............................................................................. 62
4.2. DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA DE CONTROL ................................ 63
4.3. EVALUACIÓN RESISTENCIA MEZCLAS ASFÁLTICAS BAJO CARGA
MONOTÓNICA .................................................................................................. 67
4.3.1. Ensayo Marshall (INV. E-748-13). ..................................................... 67
4.3.2. Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas de concreto
asfáltico utilizando la prueba de tracción indirecta – INV E-725-13. ............... 74
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 79
REFERENCIAS ..................................................................................................... 81
6
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Materiales de construcción y demolición más citados en la literatura
(Aldana J., 2012) ................................................................................................... 27
Tabla 2 Requisitos de los agregados para mezclas asfálticas en caliente de
gradación continua. Fuente: Capítulo 4 – artículo 450, Especificaciones generales
de construcción de carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras –
INVIAS. Tabla 450-3 ............................................................................................. 30
Tabla 3 Granulometría mezcla MDC-25. ............................................................... 31
Tabla 4 Ensayos de caracterización a ejecutar sobre el CA 60-70. Fuente: propia
.............................................................................................................................. 50
Tabla 5 Ensayos de caracterización sobre el agregado pétreo. Fuente propia ..... 50
Tabla 6. Caracterización agregado pétreo natural ................................................ 55
Tabla 7. Resultados ensayos INV E-218-13 RCA Estabilizado dosificaciones de
estudio – comparación normatividad INVIAS ........................................................ 59
Tabla 8. Resultados ensayos INV E-238-13 RCA Estabilizado dosificaciones de
estudio – comparación normatividad INVIAS ........................................................ 59
Tabla 9. Resultados ensayos INV E-224-13 RCA Estabilizado dosificaciones de
estudio – comparación normatividad INVIAS ........................................................ 60
Tabla 10. Resultados ensayo INV E-240-13 RCA sin estabilizar, estabilizado
dosificaciones 1:1 y 1:2 ......................................................................................... 60
Tabla 11. Resultados ensayos INV E-227-13 RCA sin estabilizar y estabilizado
dosificaciones de estudio ...................................................................................... 61
Tabla 12. Resultados caracterización cemento asfáltico 60-70............................. 62
Tabla 13. Porcentaje de vacíos, vacíos llenos de asfalto y vacíos en el agregado
mineral .................................................................................................................. 63
Tabla 14. Estabilidad, flujo y relación E/F corregida vs porcentaje CA 60-70 ....... 65
Tabla 15. Consolidado porcentaje de vacíos, vacíos llenos de asfalto y vacíos en
el agregado mineral de las Mezclas de estudio..................................................... 68
Tabla 16. Valor F - Análisis ANOVA porcentaje de vacíos - Va ............................ 70
Tabla 17. Valor F - Análisis ANOVA porcentaje de vacíos llenos de asfaltos - VFA
.............................................................................................................................. 70
Tabla 18. Valor F - Análisis ANOVA porcentaje de vacíos en el agregado mineral -
VMA ...................................................................................................................... 71
Tabla 19. Estabilidad, flujo y relación E/F corregida vs Mezcla de estudio ........... 71
Tabla 20. Valor F – Análisis ANOVA Estabilidad ................................................... 73
Tabla 21. Valor F - Análisis ANOVA Flujo ............................................................. 73
Tabla 22. Valor F – Análisis ANOVA Relación Estabilidad/Flujo ........................... 74
Tabla 23. Resistencia promedio (kPa) Condición Seca Vs. Condición Saturada .. 75
7
Tabla 24. Relación de resistencia a la tensión RRT – Verificación cumplimiento
Especificaciones INVIAS ....................................................................................... 75
Tabla 25. Valor F – Análisis ANOVA Tracción Indirecta - Condición seca ............ 77
Tabla 26. Valor F – Análisis ANOVA Tracción Indirecta - Condición saturada ...... 78
8
LISTA DE GRAFICOS
Gráfico 1. Franja granulométrica MDC-25 ............................................................. 32
Gráfico 2. Resultados gravedad específica bulk - RCA sin estabilizar y estabilizado
con dosificaciones de estudio ................................................................................ 56
Gráfico 3. Resultados % Absorción - RCA sin estabilizar y estabilizado con
dosificaciones de estudio ...................................................................................... 57
Gráfico 4. Resultados gravedad específica bulk - RCA sin estabilizar y estabilizado
con dosificaciones de estudio - AJUSTE RESULTADOS Y PROMEDIO .............. 57
Gráfico 5. Resultados porcentaje Absorción - RCA sin estabilizar y estabilizado
con dosificaciones de estudio - AJUSTE RESULTADOS Y PROMEDIO .............. 58
Gráfico 6. Resultados porcentaje pérdida RCA sin estabilizar y estabilizado con
dosificaciones de estudio - Ensayo Máquina De Los Ángeles .............................. 59
Gráfico 7. Evolución de la viscosidad con la temperatura ..................................... 62
Gráfico 8. Representación gráfica porcentaje de vacíos en función del porcentaje
de contenido de asfalto ......................................................................................... 63
Gráfico 9. Representación gráfica porcentaje de vacíos llenos de asfalto en función
del porcentaje de contenido de asfalto .................................................................. 64
Gráfico 10. Representación gráfica porcentaje de vacíos en agregado mineral en
función del porcentaje de contenido de asfalto ..................................................... 64
Gráfico 11. Estabilidad mezclas asfálticas en función del porcentaje de contenido
de asfalto ............................................................................................................... 65
Gráfico 12. Flujo mezclas asfálticas en función del porcentaje de contenido de
asfalto .................................................................................................................... 66
Gráfico 13. Relación Estabilidad/Flujo mezclas asfálticas en función del porcentaje
de contenido de asfalto ......................................................................................... 66
Gráfico 14 Resultados porcentaje de vacíos Mezclas de Estudio ......................... 69
Gráfico 15. Resultados vacíos llenos de asfalto - VFA mezclas de estudio (%).... 69
Gráfico 16. Resultados vacíos en el agregado mineral - VMA mezclas de estudio
(%) ......................................................................................................................... 70
Gráfico 17. Resultados Estabilidad mezclas asfálticas de estudio ........................ 72
Gráfico 18. Resultados Flujo mezclas asfálticas de estudio .................................. 72
Gráfico 19. Resultados Relación Estabilidad/Flujo mezclas asfálticas de estudio 73
Gráfico 20. Resultados resistencia promedio grupo especímenes condición seca 76
Gráfico 21. Resultados resistencia promedio grupo especímenes condición
saturada ................................................................................................................ 76
Gráfico 22. Resultados resistencia promedio grupo especímenes condición seca
versus condición saturada ..................................................................................... 77
9
LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1 CARACTERIZACIÓN DEL CEMENTO ASFÁLTICO
ANEXO 2 CARACTERIZACIÓN Y ENSAYOS AGREGADO RCA
ANEXO 3 ENSAYOS MEZCLA DENSA EN CALIENTE MDC-25
10
RESUMEN
A lo largo del tiempo se ha estudiado la viabilidad del uso de materiales diferentes
a los agregados pétreos de canteras para la elaboración de mezclas asfálticas
(empleadas para la construcción de vías en pavimentos flexibles), dentro de los
cuales se ha identificado el reciclado de concreto como un posible material cuyo
auge se ha presentado recientemente. Este material posee buenas y malas
características para ser empleado como agregado dentro de las mezclas. Como
factores negativos más relevantes se reportan la alta porosidad de las partículas del
Agregado de Concreto Reciclado (RCA – Siglas en inglés) la cual genera un mayor
consumo de asfalto y menor resistencia al desgaste por abrasión y al fracturamiento
que desarrollan debido principalmente al mortero adherido a dichas partículas. Por
lo anterior, se empleó en el presente estudio, un material estabilizante, en este caso
la cal hidratada (elaborando lechadas de cal constituidas en dos dosificaciones
cal:agua 1:1 y 1:2), para cubrir los vacíos superficiales de las partículas y del mortero
adherido al RCA. En el presente estudio se observó el comportamiento funcional
del RCA estabilizado con cal al ser empleado como sustituto de una fracción del
agregado grueso de origen natural dentro de una mezcla asfáltica densa en caliente
MDC-25 (Instituto Nacional de Vías - INVIAS, 2013, artículo 450). Esta
granulometría fue escogida debido a que es la más utilizada para construir capas
de base asfáltica en pavimentos flexibles. Adicionalmente, esta mezcla permite
sustituir agregados pétreos de mayor tamaño en comparación con mezclas del tipo
MDC-19 y MDC-10.
Este análisis de comportamiento funcional se realizó por medio de dos ensayos
básicos: Marshall (INV. E-748-13) y tracción indirecta (INV. E-725-13). Los
resultados obtenidos de las mezclas MDC-25 que empelaron RCA estabilizado con
cal (dosificaciones cal:agua 1:1 y 1:2) fueron comparados con aquellos obtenidos
sobre la mezcla que emplea agregados de origen natural (denominada mezcla de
control) y la mezcla cuya sustitución fue realizada por material RCA sin
estabilización.
ABSTRACT
Over time, the feasibility of using materials other than stone quarry aggregates to
produce asphalt mixtures (construction of roads in flexible pavements) has been
studied, within which concrete recycling has been identified as a possible material
whose boom has occurred recently. This material has both good and bad
characteristics for use as aggregate in mixtures. The most relevant negative factors
are the high porosity of the Recycled Concrete Aggregate (RCA) particles, which
11
generate a higher consumption of asphalt and a lower resistance to wear and tear
by abrasion and fracture, mainly due to the mortar adhered to these particles. In
addition to the above, a stabilizing material was used in this study, in this case
hydrated lime (making lime slurries made up of two doses lime: water 1:1 and 1:2),
to cover the surface voids of the particles and mortar adhered to the RCA. In this
research, the functional behavior of RCA stabilized with lime was observed when it
is used as a substitute for naturally occurring coarse aggregate within a dense hot
mix asphalt MDC-25 (INVIAS, 2013, article 450). This granulometry was chosen
because it is the most used for building asphalt base layers in flexible pavements.
Additionally, this mix allows the substitution of larger stone aggregates compared to
mixtures of the MDC-19 and MDC-10 type.
This functional behavior analysis was carried out through two basic tests: Marshall
(INV. E-748-13) and indirect traction (INV. E-725-13). The results obtained from the
MDC-25 mixes using stabilized RCA and lime (doses lime: water 1:1 and 1:2) were
compared with those obtained from the mix using naturally occurring aggregates
(called the control mix) and the mix which was replaced by non-stabilized RCA
material.
12
INTRODUCCIÓN
MOTIVACIÓN
Las altas cantidades de desechos generados por el proceso constructivo de las
estructuras y su posterior demolición es uno de los grandes problemas que enfrenta
la industria de la construcción hoy en día. Por lo anterior, se ha contemplado
emplear estos desechos y/o productos en una segunda tarea, es decir, reutilizar
dicho material; caso tal es el agregado reciclado del concreto (por sus siglas en
inglés, RCA), el cual se ha venido empleando dentro de la estructura del pavimento
asfáltico como estabilizador de la subrasante, como afirmado y/o como material de
conformación de las capas inferiores a la capa asfáltica (base y/o subbase). Sin
embargo, para incrementar y potencializar el uso de estos residuos de concreto, se
considera viable su utilización dentro del diseño de mezclas asfálticas.
El problema descrito anteriormente se puede observar desde tres puntos de vista:
económico, técnico y ambiental.
ECONÓMICO:
La mayoría de los residuos de construcción y demolición, se disponen en los
mismos rellenos sanitarios que se utilizan para eliminar los residuos sólidos
municipales o urbanos. Adicionalmente, se identificó que los residuos generados
por la construcción y demolición estaban alcanzando la misma cantidad de los
residuos comunes. Sumado a lo anterior, la escasez del espacio disponible para los
sitios de disposición y el aumento en los costos de la protección ambiental
involucrada en la ingeniería y gestión de vertederos modernos, hace necesario
establecer una acción para reutilizar o reciclar éstos residuos, lo cual reduciría la
proporción que va al relleno sanitario y/o sitio de disposición; tal como lo plantea la
Comisión Europea, para así aliviar las presiones sobre la eliminación de los RSU
(residuo sólido urbano) y respetando la jerarquía de residuos y prácticas de gestión
establecidas en la Directiva marco sobre residuos (75/442 / CEE, enmendada por
91/156 / CEE) y el Quinto Programa de Acción Ambiental. 1
Adicionalmente, se ha identificado que, el uso de materiales reciclados ha sido
aplicado principalmente por el cumplimiento de normatividad ambiental (como por
ejemplo la resolución 0472 del 28 de febrero de 2017 – artículo 19), que requieren
un manejo óptimo de los residuos de construcción y demolición y su reciclaje o
reutilización en un porcentaje mínimo dentro de las actividades constructivas a
1 SYMMONDS GROUP LTD (United Kingdom); EUROPEAN COMMISSION. Construction and
demolition waste management practices and their economic impacts. pág. 17.
13
ejecutar; sin embargo, no se evalúa el beneficio tanto ambiental como económico
que puede producir emplear estos residuos dentro de un proyecto.
Por ejemplo, dentro del Report to DGXI, European Commission Construction and
Demolition Waste Management Practices, and Their Economic Impacts, se
establece la ecuación (1):
𝑄𝑝 + 𝑇𝑞 > 𝐸𝑟 + 𝑅𝐶𝑝 + 𝑇𝑟 (1)
En la cual:
Qp = Precio del producto de nueva cantera en la puerta de la cantera
Tq = Coste de transporte de la cantera al sitio.
Er = cualquier costo adicional creado mediante el uso de agregados
derivados de los residuos de construcción y demolición.
RCp = Precio del producto reciclado en la puerta del centro de reciclaje
Tr = Costo de transporte del centro de reciclaje al sitio
Ecuación que plantea que, sin importar las condiciones, el precio de emplear
material extraído de cantera o producto nuevo (sumatoria de los costos Qp y Tq),
siempre va a ser superior al costo que conlleva emplear material reciclado en el
proyecto (sumatoria de costos Er+RCp+Tr).
TECNICO
Para usar el RCA en una mezcla asfáltica es necesario evaluar sus propiedades e
identificar los problemas que presenta este material. Hyun, An y Youn2, usan el RCA
como material de relleno para las tuberías empleando el método de precipitación
acelerada de calcita, teniendo en cuenta que éste ha sido uno de los principales
problemas de su uso para este campo. Dicha precipitación es a causa de una mayor
porosidad presente en el RCA como consecuencia del mortero adherido a las
partículas de agregado pétreo, la cual genera un mayor porcentaje y/o contenido de
vacíos, disminuyendo la gravedad específica, aumentando su porcentaje de
absorción y afectando directamente su degradación y generación de finos durante
los procesos de manejo de estos agregados tales como transporte, almacenamiento
o colocación. Ahora bien, atacando este problema principal del RCA (el mortero
adherido), Artoni et al.3 realizó un comparativo de la resistencia a la fragmentación
entre el agregado natural y el RCA para diferentes tamaños (3/8” y 1/2"); sometiendo
el RCA a diferentes números de revoluciones en la máquina del ensayo de
2 HYUN NAM, Boo; AN, Jinwoo y YOUN, Heejung. Accelerated calcite precipitation (ACP) method
for recycled concrete aggregate (RCA). Construction and Building Materials 2016; 125:749-756. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.08.048 3 ARTONI, Riccardo, et al. Resistance to fragmentation of recycled concrete aggregates. Materials
and Structures 2017; 50:11. Disponible en: DOI 10.1617/s11527-016-0900-y
14
resistencia de abrasión realizando los ensayos de máquina de los ángeles y
gravedad específica, observando lo siguiente: después de un número dado de
revoluciones, las características del RCA se van asemejando a las del agregado
natural, esto quiere decir que a medida que el material es expuesto a mayor número
de revoluciones, su resistencia y densidad aumentan, y la absorción llega a ser
similar a la del material natural. También denotan que el mortero se encuentra en
mayor cantidad en fracciones más finas (cuanto menor el tamaño de partículas,
mayor el contenido de mortero).
En efecto, lo anterior indica que la cantidad de mortero adherido influye sobre el
comportamiento del RCA; esto es soportado en el estudio realizado por Sánchez de
Juan y Gutiérrez4, en el cual se buscó establecer la cantidad límite del mortero
adherido para ser usado como agregado estructural (en mezclas de concreto
hidráulico o asfáltico). El contenido de mortero varía dependiendo del método a
utilizar, de tres posibles métodos: ataque de ácidos, hormigón coloreado y térmico
Los autores eligieron el tratamiento térmico, éste consiste en varios ciclos de remojo
y calentamiento del árido. Una vez realizado el procedimiento, se concluyó lo
siguiente:
• Para que el RCA pueda tener un porcentaje de absorción del 5%, su
contenido de mortero por el método térmico debe ser máximo del 26%.
• Entre menor sea el tamaño de la partícula de RCA, mayor cantidad de
mortero; y entre mayor cantidad de mortero tenga esta partícula, menor
densidad, mayor porcentaje de perdida en el ensayo de máquina de los
ángeles (40%) y mayor contenido de sulfato (1%), este último debido al
cemento.
Lo anterior muestra que la calidad del agregado de concreto reciclado es inferior a
la del agregado natural. Sin embargo, se ha visto la posibilidad de usar RCA dentro
de la fabricación de mezclas asfálticas, tal como lo muestra el artículo de “Overview
of bituminous mixtures made with recycled concrete aggregates”5, el cual menciona
las siguientes variaciones en las características de la mezcla densa en caliente
usando RCA:
• Afecta el valor de la rigidez de la mezcla dependiendo del tamaño sustituido
de RCA: se presentó influencia en el módulo de resiliencia según el tamaño
4 SÁNCHEZ DE JUAN, Marta y GUTIÉRREZ, Pilar Alaejos. Study on the influence of attached mortar
content on the properties of recycled concrete aggregate. Construction and Building Materials 2009; 23:872-877. Disponible en: doi: 10.1016/j.conbuildmat.2008.04.012 5 PASADIN, A.R. y PÉREZ, I. Overview of bituminous mixtures made with recycled concrete
aggregates. Construction and Building Materials 2015; 74:151-161. Pág. 151-156. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.10.035.
15
de agregado; mayor módulo resiliente en el tamaño fino por su angularidad y
menor en el tamaño grueso por la cantidad de mortero.
• Disminuye la resistencia a deformación permanente (flujo). El asfalto es
absorbido por el RCA por lo que no aporta resistencia a la mezcla, generando
mayor consumo de asfalto para su cumplimiento.
• La estabilidad de la mezcla se ve afectada según la fracción reemplazada;
cuando se reemplaza la fracción gruesa es mayor que las mezclas fabricadas
con agregado natural; con el reemplazo del tamaño fino, la resistencia es
menor, y cuando se reemplaza el 100% el agregado natural por RCA,
disminuye más que en todos los anteriores casos, atribuido a la debilidad del
mortero.
• Se ve cumplimiento de vida a la fatiga en todos los porcentajes de
sustituciones de RCA dentro de la mezcla asfáltica.
• Rendimiento contra el agrietamiento a bajas temperaturas. El RCA degrada
la resistencia del asfalto y empeora su rendimiento (se recomienda usar RCA
solo en lugares cálidos), debido en parte a la trituración del agregado
reciclado y su mayor contenido de asfalto.
Lo anteriormente descrito, evidencia que el RCA debe tener un tratamiento previo,
con el objetivo de minimizar la porosidad del agregado para ser empleado en
mezclas bituminosas, disminuyendo el consumo de asfalto y aumentando las
posibilidades de su reutilización.
AMBIENTAL:
Según cifras del DANE6, la industria de explotación de minas y canteras para el año
2019 presentó un aumento de 1,9%. Para el tercer trimestre del 2019 la producción
de agregado natural en el sector de la construcción (edificaciones, vías,
prefabricados, rellenos, filtros y otros) explotado en Colombia, fue de 4,2 millones
de metros cúbicos, una de las más altas desde el año 20177; según boletín de
licencias aprobadas del DANE8, se puede decir que esta cifra ha aumentado debido
al crecimiento de 1,4% en construcciones, especialmente viviendas de interés social
tipo apartamento. “En Colombia la industria de la construcción consume el 40% de
6 Índice de producción industrial (IPI) [online]. Bogotá D.C.: DANE. 17 diciembre 2019 [citado 2 enero
2020]. Pag 7. Disponible en:
https://www.dane.gov.co/files/investigaciones/boletines/ipi/bol_ipi_octubre_19.pdf 7 Agencia Nacional de Minería. Sector minero cerró el tercer trimestre con producción estable y
encaminada hacia la diversificación de minerales [online]. 20 diciembre 2019 [citado 2 enero 2020]. Disponible en: https://www.anm.gov.co/?q=sector-minero-cerro-el-tercer-trimestre-con-produccion-estable-y-encaminada-hacia-la-diversificacion-de-minerales 8 Licencias de construcción (ELIC) [online]. Bogotá D.C.: DANE 13 diciembre 2019 [citado 2 enero
2020]. Pág. 12. Disponible en:
https://www.dane.gov.co/files/investigaciones/boletines/licencias/bol_lic_oct19.pdf
16
la energía; genera el 30% del CO2 y el 40% de los residuos; consume el 60% de
los materiales extraídos de la tierra y adicionalmente desperdicia el 20% de todos
los que son empleados en la obra, según cifras del 2017, del Ministerio de Ambiente
y Desarrollo Sostenible.”9
Por esta misma razón es preocupante la cantidad de diferentes desechos que se
generan en el país (Residuos de construcción y demolición-RCD-, escorias de alto
horno, aceites lubricantes y otros), unos de los más preocupantes son los RCD
porque su acumulación causa agotamiento de los recursos, lixiviación de materiales
peligrosos, vertimientos ilegales y al enterrarse forman una capa impermeable que
no deja crecer la vegetación. Se busca entonces, intentar reutilizar estos diferentes
desechos e incentivar la investigación de su empleo puesto que “Si se logra mejorar
la gestión de los residuos de construcción y demolición (RCD), se disminuye la
afectación ambiental generada por los diversos procesos de explotación de
materiales pétreos en ríos y canteras ubicadas en las periferias de la ciudad”10.
Estos RCD están compuestos en diferentes porcentajes de concreto, ladrillo, loseta,
cerámica, asfalto, madera, vidrios y otros, por lo cual es necesaria su clasificación
para hacer recomendaciones respecto a su uso:
• Agregado Reciclado de Concreto (RCA). Asegura un porcentaje máximo de 5% de
impureza (cerámica, asfalto, plástico, madera, tierra, etc.). Es decir, más del 95%
de su contenido es concreto triturado.
• Agregado Reciclado de Albañilería (RMA). Al menos 90% de su contenido tiene
ladrillo y ladrillo de arena-cal (puede o no estar mezclado con concreto).
• Agregado Reciclado Mixtos (MRA). Consiste en la mezcla de desechos de
construcción y demolición, sobre todo concreto y cerámica.
• Agregados Reciclados de la Construcción y Demolición (CDRA). Agregados
reciclados de los residuos concreto y demolición y escombros que no pueden ir en
las anteriores categorías.
• Reciclado de Pavimento Asfaltico (RAP).
• Reciclado de Tejas de Asfalto (RAS).11
9 ECONOMÍA Y NEGOCIOS. Residuos de construcción: leyes, proyectos y retos [online]. EN: EL
TIEMPO. 25 de octubre 2019 [citado 2 enero 2020]. disponible en:
https://www.eltiempo.com/economia/sectores/proyectos-con-residuos-de-construccion-427024 10 PALOMINO PINZON, Álvaro José y MALDONADO GUINEA, Álvaro Camilo. Sustitución
experimental del agregado grueso de origen pétreo, por agregado grueso producto de residuos de construcción y demolición en la ciudad de Bogotá, para la elaboración de concreto hidráulico. Trabajo de grado Ingeniería civil. Bogotá D.C.: Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica. 2018. Pág. 18. 11 PÉREZ, Ignacio, et al. Critical analysis of the sustainable consumption of bitumen in asphalt
concrete mixtures made with recycled concrete aggregate from construction and demolition debris. Polish Journal of Environmental Studies 2015; 24:1757-1763. Pág. 2.
17
Identificando así que el Agregado Reciclado de Concreto (RCA – Siglas en inglés)
es el material con menor contenido de impurezas, por lo cual el uso de estos
agregados reciclados para la construcción, ha presentado un crecimiento; se ha
podido observar en los estudios realizados para emplear el RCA en mezclas
bituminosas, en los cuales, pese a que se han identificado beneficios medio
ambientales, tales como reducir el impacto ambiental y paisajístico en la extracción
de agregado mineral, generando reducción en la producción de canteras,
disminuyendo el agotamiento de recursos naturales, decrecimiento del impacto
socioambiental causado en el espacio usado por los desechos de construcción y
demolición, evitando la contaminación de suelos y acuíferas cuando estos residuos
no son separados apropiadamente, etc.
Sin embargo, usar el RCA en las mezclas presenta un impacto negativo en el medio
ambiente debido al mayor consumo de asfalto, tal como lo evidencia el estudio de
Polish Journal of Environmental Studies. Vol. 24, abril de 2015 (Concreto asfaltico
hecho con RCA de desechos de construcción y demolición- análisis crítico- España),
en el cual realizan la sustitución del agregado pétreo natural por RCA en diferentes
porcentajes, concluyendo que, entre mayor sea la cantidad de agregado natural
reemplazado por RCA en mezclas bituminosas, mayor es su consumo de asfalto o
betún, lo cual se atribuye al mortero adherido que tiene el RCA presentando alta
porosidad. Al presentarse este mayor consumo, se incrementa la contaminación
causada por la producción de asfalto, la cual se detalla a continuación:
La operación de las plantas de asfalto genera emisiones de gases producto de la
combustión incompleta de derivados de petróleo utilizados para el calentamiento de
la mezcla asfáltica y vapores de sustancias volátiles utilizadas como aditivos en la
mezcla que escapan de los equipos de control de vapores. Estas sustancias se
incorporan a la atmósfera y se convierten en elementos disponibles para la
asimilación por parte de los seres vivos. Por otro lado, la preparación de mezcla
asfáltica involucra la utilización de materiales pétreos, por lo que existe un aumento
de los niveles de emisión de partículas sólidas suspendidas, debido a los
movimientos de esos materiales.12
MÉTODOLOGÍA GENERAL E HIPOTESIS
En el presente estudio se planteó como tratamiento, para mejorar las limitaciones
del RCA (alta absorción y contenido de mortero adherido) sumergirlo en lechadas
de cal:agua empleando cal hidratada CAL85 de Caltek, la cual tiene una densidad
(1,117g/ml) inferior a la del cemento (2,7-3-2 g/ml), lo que permitió plantearlo como
12 HERNANDES MICHACA, José Luis, et al. Impacto ambiental de proyectos carreteros. efectos por
la construcción y conservación de superficies de rodamiento: I pavimentos flexibles. Secretaría de Comunicaciones y Transportes, Instituto Mexicano del Transporte 2001; publicación técnica No. 163. ISSN 0188-7297. Pág. 114.
18
posible material para disminuir la porosidad del mortero adherido a las partículas de
RCA, ya que permitiría una mejor filtración en el mortero. Para corroborar su
elección, se realizó una prueba de adherencia superficial. Una vez elegido el
material estabilizante, se inició el procedimiento de estabilización sumergiendo el
material en las lechadas durante una hora, lavándolo superficialmente y secando al
horno hasta masa constante (24 horas aproximadamente); para reemplazar un
porcentaje de la fracción gruesa del agregado pétreo natural, por RCA sin estabilizar
y estabilizado en una mezcla asfáltica MDC-25.
En caso de verificarse que la técnica evaluada (estabilización de RCA con cal) es
adecuada para el reemplazo del material grueso en la mezcla asfáltica planteada,
se lograría tener una propuesta que ayude a aprovechar parte de los más de 22
millones de toneladas de residuos de construcción que se generan anualmente
según el Ministerio de Ambiente (algo así como 445 mil bultos de cemento gris, cada
uno con un peso de 50 kilogramos, la cantidad aproximada para construir 2.967
viviendas de interés social de 50 metros cuadrados13) en un ámbito de desarrollo
como lo son los proyectos viales, colaborando en el cumplimiento de la meta a nivel
nacional de reutilizar del 2% al 30% en peso, del total de los residuos de
construcción. Caso tal, que se evidencia el funcionamiento de la técnica propuesta,
podría evaluarse la viabilidad de establecer una normatividad para su uso y/o
aplicación en proyectos viales.
13 Hábitat. Ciudades llenas de escombros [online]. EN Catorce6. 14 Julio 2017 [citado 2 enero 2020].
Disponible en: https://www.catorce6.com/actualidad-ambiental/habitat/12015-ciudades-llenas-de-escombros
19
1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL
Medir la resistencia bajo carga monotónica que experimenta una mezcla asfáltica
densa en caliente (MDC-25) cuando se sustituye parte del agregado pétreo de su
fracción gruesa por concreto reciclado estabilizado químicamente con cal hidratada.
1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Verificar la influencia que tiene el aditivo químico sobre el concreto reciclado por
medio de ciertos ensayos específicos para material conformante de mezclas
asfálticas comparándolo con el concreto reciclado sin estabilizar, confirmando su
cumplimiento normativo.
Evaluar el comportamiento mecánico que experimentan las mezclas cuando se
sustituye parte de la fracción gruesa del agregado pétreo natural por reciclado del
concreto con y sin estabilización química.
Medir la respuesta bajo carga monotónica (ensayo Marshall – INV. E-748-13,
ensayo tracción indirecta – INV. E-725-13) de las mezclas de estudio; analizando
los determinantes adicionales proporcionados en la ejecución, tales como
estabilidad y flujo y daño por humedad.
Realizar un análisis estadístico ANOVA entre los resultados obtenidos de las
diferentes mezclas asfálticas (agregado pétreo natural, reciclado de concreto
previamente estabilizado y sin estabilizar) conforme a los porcentajes de sustitución.
20
2. MARCO REFERENCIAL
2.1. MARCO CONCEPTUAL
2.1.1. Agregado. Se considera que la definición más acertada y clara es: “Son
materiales granulares sólidos inertes que se emplean en los firmes de las
carreteras con o sin adición de elementos activos y con granulometrías
adecuadas; se utilizan para la fabricación de productos artificiales
resistentes, mediante su mezcla con materiales aglomerantes de activación
hidráulica (cementos, cales, etc.) o con ligantes asfálticos”14.
Con respecto a los tipos de agregado pétreo, estos pueden determinarse de
acuerdo a la procedencia y a la técnica empleada para su aprovechamiento,
por lo que es posible clasificarlos en los siguientes tipos:
a) Agregados Naturales. Son aquellos que se utilizan solamente después de
una modificación de su distribución de tamaño para adaptarse a las
exigencias según su disposición final.
b) Agregados de Trituración. Son aquellos que se obtienen de la trituración
de diferentes rocas de cantera o de las granulometrías de rechazo de los
agregados naturales.
c) Agregados Artificiales. Son los subproductos de procesos industriales,
como ciertas escorias o materiales procedentes de demoliciones, utilizables
y reciclables. En esta clasificación se encuentran los agregados tipo RC&D´s.
d) Agregados Marginales. Los agregados marginales engloban a todos los
materiales que no cumplen alguna de las especificaciones vigentes.15
Los agregados para ser usados en las mezclas asfálticas densas en caliente
(MDC) deben cumplir los requisitos de la tabla 450-3 de las Especificaciones
14 Smith M. R. and L. Collins, 1994, citado por PADILLA RODRIGUEZ, Alejandro. Análisis de la
resistencia a las deformaciones plásticas de mezclas bituminosas densas de la normativa mexicana mediante el ensayo de pista. Tesina, Universitat Politécnica de Catalunya Barcelonatech, 2004, pág. 5. 15 PADILLA RODRIGUEZ, Alejandro. Análisis de la resistencia a las deformaciones plásticas de
mezclas bituminosas densas de la normativa mexicana mediante el ensayo de pista. Tesina, Universitat Politècnica de Catalunya Barcelonatech, 2004, pág. 5.
21
Generales de Construcción de Carreteras del Instituto Nacional de Vías –
INVIAS capítulo 4, articulo 450-13.
2.1.2. Agregado grueso – fracción gruesa. Según el artículo 400-13 de las
Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del Instituto
Nacional de Vías – INVIAS, en el numeral 400.2 Materiales16, el agregado
grueso y/o fracción gruesa se describe como la porción del agregado retenida
en el tamiz del 4.75 mm (No. 4) es decir, el material correspondiente a la
grava, tal como lo define la Sección 100 – Suelos (INV E-102) de las Normas
de Ensayo de materiales para Carreteras - INVIAS:
Grava: Partículas de roca que pasan el tamiz de 75 mm (3”) de abertura y quedan
retenidas en el tamiz de 4.75 mm (No.4). Presenta las siguientes subdivisiones.
o Gruesa: pasa el tamiz de 75 mm (3”) y queda retenida sobre el tamiz de
19 mm (3/4”).
o Fina: pasa el tamiz de 19 mm (3/4”) y queda retenida sobre el tamiz de
4.75 mm (No.4).17
2.1.3. CAL. Definir el concepto en el ámbito de la construcción ha sido
principalmente en la terminología de acabados y/o estabilizaciones de
suelos, sin embargo, es necesario un concepto más específico en cuanto a
su composición y clasificación, por lo cual se estable que:
La cal es un término genérico que designa todas las formas físicas en las que
puede aparecer el óxido de calcio y el óxido de magnesio (CaO y MgO). Existen
varios tipos de cal; la ilustración 1 (Tipos de cal) las generaliza de la siguiente
forma:
• Cales aéreas: Cales constituidas principalmente por óxido o hidróxido de
calcio que endurecen lentamente al aire bajo el efecto del dióxido de
carbono presente en el aire. En general, no endurecen bajo el agua, pues
no poseen propiedades hidráulicas. Pueden ser cales vivas o cales
hidratadas.
• Cales vivas (Q): Cales aéreas constituidas principalmente por óxido de
calcio y de magnesio, producidos por la calcinación de caliza y/o dolomía.
Las cales vivas tienen una reacción exotérmica en contacto con el agua.
16 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS (INVIAS). República de Colombia, Ministerio de Transporte.
Especificaciones generales de construcción de carreteras. Artículo 400-13. Bogotá D.C. 2013. Numeral 400.2. pág. 400-1 17 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS (INVIAS). República de Colombia, Ministerio de Transporte.
Normas de ensayo para materiales de carreteras. Sección 100. INVE- 102-13. Bogotá D.C. 2013. Numeral 2.1. Pág. E 102-1.
22
Las cales vivas se presentan en distintas granulometrías que van desde
terrones a material finamente molido. Incluyen las cales cálcicas y las cales
dolomíticas.
• Cales hidratadas (S): Cales aéreas, cálcicas o dolomíticas resultantes del
apagado controlado de las cales vivas. Se producen en forma de polvo
seco, de pasta o de lechada.
• Cales cálcicas (CL): Cales constituidas principalmente de óxido de calcio o
de hidróxido de calcio, sin adición de materiales puzolánicos o hidráulicos.
• Cales dolomíticas (DL): Cales constituidas principalmente por óxidos o
hidróxidos de cal y de magnesio, sin adición de materiales puzolánicos o
hidráulicos.
• Cales dolomíticas semihidratadas: Cales dolomíticas hidratadas,
constituidas principalmente por hidróxido de calcio y por óxido de
magnesio.
• Cales dolomíticas totalmente hidratadas: Cales dolomíticas hidratadas
constituidas principalmente por hidróxido de calcio y por hidróxido de
magnesio.
• Cal hidráulica natural (NHL): Cal hidráulica natural es una cal con
propiedades hidráulicas, resultando de la cocción de piedras arcillosas o
silíceas (incluyendo la tiza) más o menos calizas, con reducción a polvo
por apagado, con o sin molienda. Tiene propiedades de configuración y
endurece cuando se mezcla con agua y por reacción con dióxido de
carbono del aire (carbonatación). Las propiedades hidráulicas resultan
exclusivamente de la composición química especial de la materia prima
natural. Se permiten hasta el 0,1% de agentes. La cal hidráulica natural no
contiene ningún otro aditivo. Hay tres clases según hidraulicidad.
• Cal hidráulica (HL): Cal hidráulica es una mezcla de cal y otros materiales
como cemento, escoria de alto horno, cenizas volantes, llenante calizo
(carga) y otros materiales adecuados. Tiene la característica de fraguar
bajo el agua. Pero el dióxido de carbono atmosférico también contribuye al
proceso de endurecimiento. No es necesario declarar los ingredientes. Hay
tres clases según hidráulicidad.
• Cal Formulada (FL): Cal formulada es una de cal con propiedades
hidráulicas, compuesta principalmente de cal aérea (CL) o cal hidráulica
natural (NHL) con adición de material puzolánico o hidráulico. Tiene la
característica de fraguar cuando se mezcla con agua y de endurecer
también por reacción con dióxido de carbono del aire (carbonatación).
Aparte del grado de hidráulicidad (FL5, FL3,5, FL2) hay los subgrupos A,
B y C en cada una, según porcentajes de cal libre, que pueden ser más
23
altos en esta cal que en las anteriores, sobre todo si se basa en cal aérea.
Su composición se tiene que declarar en porcentajes en los envases.18
La cal ha sido el principal conglomerante de la construcción en morteros,
revestimientos y pinturas, estabilización de suelos, reducción del índice de
plasticidad de suelos, morteros para cimentación, revestimientos interiores y
exteriores, lechadas, pinturas e impermeabilizantes, elaboración de piezas
en concreto, restauración de monumentos históricos, elaboración de adobes,
y otros. De acuerdo a la empresa CIBAO19 y a la Asociación Nacional de
Fabricantes de Cales y Derivados de España (ANCADE)20, las principales
aplicaciones son:
• La aérea aporta mayor trabajabilidad y flexibilidad debido a una
mayor finura que la hidráulica, pero ésta última tiene mayor
resistencia, tolera las transferencias de humedades y sales
minerales, tiene endurecimiento inicial que la permite ser trabajable
en diferentes ambientes. Proporciona protección contra calores,
hielo y aguas pluviales durante las primeras 72 horas de cura.
Impermeable, más resistente a la compresión, más resistente a sales
minerales y capaz de endurecerse incluso debajo del agua, sin la
presencia de aire.
• Revestimientos exteriores e interiores se realizan con cal hidráulica
natural teniendo en cuenta que presentan mayor resistencia
mecánica, impermeabilidad y mejor respuesta ante factores
ambientales.
• Para lechadas y pinturas se usan lechadas de la cal aérea o
hidráulica para mejorar la adherencia en las superficies a pintar.
Estabilización de suelos y conservación de asfaltos: Los suelos
tratados con estos productos reducen notablemente su índice
plástico y contracción lineal, aumentando el valor relativo de soporte
y resistencia a la comprensión de manera permanente. En las
mezclas calientes de asfalto funciona como un agente anti-
desgarrante, de relleno y modifica la viscosidad, con lo que se logra
18 CYMPER.COM. Tipos de cal utilizadas en la construcción [online], 12 agosto 2015, [citado 19
noviembre 2018]. Disponible en: https://www.cymper.com/blog/tipos-de-cal-utilizadas-en-la-construccion/ 19 CEMENTOS CIBAO. La cal según sus aplicaciones y su uso [online], 25 agosto 2017, [citado 20
noviembre 2018]. Disponible en: https://www.cementoscibao.com/la-cal-segun-aplicaciones-usos/ 20 EUROPEAN LIME ASSOCIATION. Cal hidratada. Un aditivo probado para la durabilidad de los
pavimentos asfálticos [online]. 09 febrero 2011 [citado 20 noviembre 2018]. Disponible en: http://ancade.es/files/publicaciones/documentos/calhidratadaenasfaltos(1).pdf
24
reducir la sensibilidad de la humedad y aumentar el endurecimiento
inicial. Esto evita el envejecimiento prematuro de la carpeta asfáltica.
2.1.4. Estabilización. “La estabilización consiste en agregar un producto químico
o aplicar un tratamiento físico logrando así que se modifiquen las
características de los suelos”21, también se tiene que:
Es la corrección de una deficiencia para darle una mayor resistencia al terreno
o bien, disminuir su plasticidad. Para procesos de estabilización, comúnmente
se emplean los siguientes materiales:
• Cal. Económica para suelos arcillosos (disminuye plasticidad).
• Cemento Pórtland para arenas o gravas finas (aumenta la resistencia).
• Productos asfálticos. Para material triturado sin cohesión (emulsión, muy
usada)
• Cloruro de sodio. Para arcillas y limos (impermeabilizan y disminuyen los
polvos)
• Cloruro de calcio Para arcillas y limos (impermeabilizan y disminuyen los
polvos)
• Escorias de fundición. Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor
resistencia, impermeabilizan y prolongan la vida útil.
• Polímeros. Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor resistencia,
impermeabilizan y prolongan la vida útil.
• Hule de neumáticos. Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor
resistencia, impermeabilizan y prolongan la vida útil. 22
2.1.5. Generación de residuos de construcción y demolición (RCD). Para tener
mejor conocimiento de la generación de RCD, debemos entender su
definición, las fuentes y causas de su generación y los diferentes tipos.
2.1.5.1. Definición de residuos de construcción y demolición. A pesar de que no
hay una definición establecida para los residuos de construcción y
demolición, a continuación, se plantean algunas de ellas propuestas por
diferentes autores:
21 APUNTES IGENIERIA CIVIL. Forma de estabilización del suelo [online]. Abril 2011 [citado 28
octubre 2018] Disponible en: http://apuntesingenierocivil.blogspot.com/2011/04/formas-de-estabilizacion-del-suelo.html 22 Ibid.
25
• Para Wang, son “residuos que surgen de las actividades de
construcción, remodelación y demolición”.23
• Hao afirma que son “Materiales excedentes derivados de
excavaciones, construcciones civiles y edificios, trabajos en vías,
actividades de remodelación y demolición”.24
• Con Clark tenemos que son “residuos de materiales de construcción,
embalaje y escombros que resultan de las operaciones de
construcción, remodelación, reparación y demolición de casas,
edificios industriales y comerciales, y otras estructuras”.25
• Ekanavake lo define como “cualquier material, aparte de materiales
de la tierra, los cuales necesitan ser transportados a otra parte de los
sitios de construcción o utilizados dentro del sitio de construcción para
propósitos de llenos, incineración, reciclaje, reutilización o
compostaje”.26
• Para Shen son “residuos generados de varias actividades de
construcción incluidas excavación, construcción civil y de edificios,
limpieza de sitios, actividades de demolición, trabajos en vías y
renovación de edificios”.27
• Zhao lo define como “suelo material y otros generados por cualquier
clase de actividades de construcción, incluyendo el desarrollo,
rehabilitación y remodelación de proyectos de construcción”.28
Estas definiciones presentan diferencias debido a los límites que
consideran, ya sea en el proceso de construcción, en cuanto a la actividad
23 WANG, J., et al. Critical success factors for on-site sorting of construction waste: A china study.
Resources, Conservation and Recycling, v 54, (2010) pp 931-936, Citado por: ALDANA J. y Serpell, A. Temas y tendencias sobre residuos de construcción y demolición: un meta-análisis. Revista de la Construcción. 2012; 11. ISSN 0718-915X. Disponible en: http://dx.doi.org/10.4067/S0718-915X2012000200002 24 HAO, J.L.; HILLS, M.J. y HUANG, T. A simulation model using system dynamic method for
construction and demolition waste management in Hong Kong. Construction Innovation, 2007, v 7 (1). Pag. 7-21, Citado por: Ibid. 25 CLARK, C.; JAMBECK, J. y TOWNSEND, T. A review of Construction and Demolition Debris
Regulations in the United States. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 2006, v 36 (2), Pag. 141-186. Citado por: Ibid. 26 EKANAYAKE, L.L. y OFORI, G. Building waste assessment score: design-based tool. Building and
Environment, 2004, v 39 (7), Pag. 851-861, Citado por: Ibid. 27 SHEN, L.Y., et al. Material wastage in construction activities – a Hong Kong survey. Proceedings of the 1st CIB-W107 International Conference – Creating a Sustainable Construction Industry in Developing Countries, 2000, Pag. 125-131, Citado por: Ibid. 28 ZHAO, W.; LEEFTINK, R.B. y ROTTER, V.S. Evaluation of the economic feasibility for the recycling
of construction and demolition waste in China – The case of Chongqing. Resources, Conservation and Recycling, 2009, v 54 (6), Pág. 377-389, Citado por: Ibid.
26
dentro del rubro, estados de la materia o en la perspectiva del ciclo de
vida de los recursos y productos a través del medio edificado. Por lo tanto,
proponemos definir RC&D como lo define Aldana, “cualquier material en
estado líquido, sólido y/o gaseoso que resulta durante el proceso de
extracción de materias primas y producción de materiales y/o servicios
que se utilizan para el medio edificado y su posterior demolición y que
terminan en la atmosfera, en un botadero o en cualquier otro sitio de
disposición legal o ilegal con o sin técnicas apropiadas de manejo”.29
2.1.5.2. Fuentes y causas de generación de residuos de construcción y
demolición. Es importante conocer las fuentes de generación de residuos
de construcción puesto que como dice Bossink, “son principalmente
errores humanos en diseños, adquisiciones, manipulación de materiales,
operación, residuales y otros”.30
Las causas de generación de residuos de construcción y demolición pueden
presentarse, en su gran mayoría, en dos etapas del ciclo en desarrollo de los
proyectos: diseño y construcción.
Si bien las fuentes y causas que más se reportan se dan en las etapas de
diseño y construcción, dentro del ciclo de vida del proyecto, existen otras
etapas en las que también se pueden generar una buena cantidad de
residuos como lo son la de operación y término de la vida útil y su posterior
demolición del medio edificado. Estas últimas etapas llegan a cobrar más
importancia en cuanto al volumen potencial de residuos considerando los
escases de los espacios aptos para la construcción donde se tendrán que
derribar estructuras concebidas y que tendrán que ser renovadas cuando
lleguen a su vida útil produciendo una gran cantidad de residuos de
construcción y demolición.31
29 ALDANA J. y Serpell, A. Temas y tendencias sobre residuos de construcción y demolición: un
meta-análisis. Revista de la Construcción. 2012; 11. ISSN 0718-915X. Disponible en: http://dx.doi.org/10.4067/S0718-915X2012000200002 30 BOSSINK, B. Construction Waste: Quantifi cation and Source Evaluation. Journal of construction
Engineering and management. (1996), Citado por: ALDANA J. y Serpell, A. Temas y tendencias sobre residuos de construcción y demolición: un meta-análisis. Revista de la Construcción. 2012; 11. ISSN 0718-915X. Disponible en: http://dx.doi.org/10.4067/S0718-915X2012000200002 31 ALDANA, Op cit.
27
2.1.5.3. Tipos de residuos de construcción y demolición. Existen diferentes
materiales que se utilizan en la construcción y que no tienen un
aprovechamiento del 100%. En la Tabla 1 se presentan los materiales
que más se reportan en la literatura como residuos de construcción y
demolición (RCD).32
Tabla 1 Materiales de construcción y demolición más citados en la literatura (Aldana J., 2012)
Material Número de citaciones
Hormigón 55
Madera 45
Ladrillos 42
Plástico 26
Metal 25
Acero 22
Placas de yeso - cartón 20
2.1.6. Resolución 472 del 28/02/2017. “Por la cual se reglamenta la gestión
integral de los residuos generados en las actividades de construcción y
demolición – RCD y se dictan otras disposiciones”33
En la cual, en consecuencia del incremento en la generación de RCD y a su
inadecuada gestión (para la respectiva reducción, aprovechamiento y
reciclaje); plantea disposiciones encaminadas al fortalecimiento de la misma,
siendo aplicable a cualquier tipo de persona (natural o jurídica) que pudiese
generar, recolectar, transportar, almacenar, aprovechar y disponer RCD.
Lo anterior, mediante lo establecido en el capítulo 5 de la resolución en el
cual se relacionan las obligaciones de todos los actuantes en la gestión
integral del RCD, particularmente en el artículo 19, metas de
aprovechamiento de RCD, en el cual se exige un porcentaje mínimo del 2%
(pequeños generadores) de RCD en función de la cantidad de materiales
usados en obra.
32 Ibid. 33 COLOMBIA. MINISTERIO DE AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE. Resolución 472 (28,
febrero, 2017). Por la cual se reglamenta la gestión integral de los residuos generados en las actividades de construcción y demolición – RCD y se dictan otras disposiciones. Bogotá D.C., 2017.
28
2.1.7. Resolución 1115 del 26/09/2012. “Por medio de la cual se adoptan los
lineamientos Técnico - Ambientales para las actividades de aprovechamiento
y tratamiento de los residuos de construcción y demolición en el Distrito
Capital”34.
La presente resolución tiene una modificación, muestra que desde el 2013 cada obra se ve obligada a la reutilización de desechos reciclados. De lo contrario la empresa debe demostrar las razones por las cuales no es posible reutilizar dicho material. La obra debe tener un control especifico de la cantidad y tipos de desechos que general ésta misma y mantener informado a la Secretaría Distrital de Ambiente. El inventario es mensual y debe contener varios puntos específicos; adicionalmente se debe hacer la debida separación según sus características técnicas antes de entregarlo a los gestores y transportarlos a sus debidos lugares de acopio. También especifica las obligaciones donde se realiza el tratamiento o aprovechamiento de los RCD, de igual forma los transportadores tienen sus obligaciones. La calidad del material reciclado debe cumplir las especificaciones necesarias según el caso para poder ser usado.
2.1.8. Concreto. Según el título C de la NSR10, concreto se define como “mezcla
de cemento Portland o cualquier otro cemento hidráulico, agregado fino,
agregado grueso y agua, con o sin aditivos”.35
2.1.9. Concreto Reciclado. Teniendo en cuenta que es uno de los componentes
principales en los Residuos de Construcción y Demolición, es decir en un alto
volumen, éste se define como:
Concreto proveniente de la demolición de estructuras o del concreto sobrante
de algunos procesos en que muchas veces se solidifica y se dispone como
escombro, se clasifica en grueso o fino. Éste varía según su procedencia, ya
que presenta restos embebidos de acero, plástico, vidrio, madera, etc. Su
obtención generalmente sigue los siguientes pasos:
a. Separación de los contaminantes. Los contaminantes pueden ser el material
embebido ya descrito, asfalto, ladrillo, selladores de juntas, y todo aquello
diferente al concreto.
34 COLOMBIA. MINISTERIO DE AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE. Resolución 1115 (22,
septiembre, 2012). Por medio de la cual se adoptan los lineamientos Técnico - Ambientales para las actividades de aprovechamiento y tratamiento de los residuos de construcción y demolición en el Distrito Capital. Bogotá D.C. 2012 35 COMISIÓN ASESORA PERMANENTE PARA EL RÉGIMEN DE CONSTRUCCIONES SISMO
RESISTENTES. Reglamento Colombiano De Construcción Sismo Resistente NSR-10. Título C. Capitulo C.2. pág. C-28
29
b. Ruptura y transporte, se transporta en vehículos de carga a la planta de
trituración.
c. Trituración de fragmentos. Varía según la maquinaria utilizada, las
trituradoras más usadas son tipo cono, de mandíbula entre otras. 36
2.1.10. Cemento asfáltico. Utilizado para pavimentos flexibles, el INVIAS lo
define como “El cemento asfáltico es un producto bituminoso semisólido a
temperatura ambiente, preparado a partir de hidrocarburos naturales
mediante un proceso de destilación, el cual contiene una baja proporción de
productos volátiles, posee propiedades aglomerantes y es esencialmente
soluble en tricloroetileno.”37 En la tabla 410-1 del capítulo 4 del INVIAS, se
observan las especificaciones de este cemento.
2.1.11. Concreto asfáltico. Mezclas utilizadas para realizar pavimento
flexible, cuya definición, según Rondón Quintana, es:
En Colombia estas mezclas son conocidas como MDC (Mezclas Densas en
Caliente), MSC (Mezclas Semidensas en Caliente), MGC (Mezclas Gruesas
en Caliente) y MAM (Mezclas de Alto Modulo) (Invias, 2013, art. 450-13). De
acuerdo con el IDU (2011, art. 510) la nomenclatura mencionada
anteriormente cambia por MD, MS, MG Y MAM respectivamente.
Internacionalmente son conocidas como mezclas HMA. Son mezclas que
presentan agregados pétreos con granulometría bien gradada y con tamaños
de partículas sólidas diferentes (gravas, arenas, finos, llenante mineral),
mezcladas con cemento asfaltico. Estas mezclas deben fabricarse,
extenderse y compactarse a alta temperatura (Fabricarse entre 140 y 190 ºC
aproximadamente, dependiendo de la viscosidad del asfalto). Se
caracterizan por presentar un bajo contenido de vacíos con aire en volumen
(entre 3% a 9% por lo general) son mezclas de alta calidad, las cuales
pueden ser utilizadas para conformar cualquier subcapa dentro de la capa
asfáltica (rodadura, base intermedia o base asfáltica).38
36 ARGOS 360 EN CONCRETO. Agregados Reciclados: ¿Qué y Para Qué? [online]. 19 noviembre
2013, [Consultado 9 abril 2019]. Disponible en: https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/agregados-reciclados-que-y-para-que 37 INVIAS, Op cit., Artículo 410 – 13. Numeral 410.2.1. pág. 410-1 38 RONDON QUINTANA, Hugo Alexander y REYES LIZCANO, Fredy Alberto. Pavimentos:
Materiales, Construcción y Diseño. Mezclas asfálticas. Bogotá D.C. Ecoe Ediciones, 2015. Pág. 56. ISSBN 978-9158-771-175-2
30
2.1.12. Mezcla asfáltica densa en caliente MDC-25. Tipo de mezcla
asfáltica en caliente de gradación continua (concreto asfáltico), clasificada de
acuerdo a su granulometría.
• MATERIALES CONFORMANTES: Agregados pétreos y llenante
mineral: Deben cumplir las especificaciones establecidas en el
artículo 400.2.1 de las Especificaciones generales de construcción de
carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras del
Instituto Nacional de Vías – INVIAS, capítulo 4 Pavimentos Asfálticos
y requisitos de calidad establecidos en el artículo 400.5.3, de acuerdo
al requisito de nivel de tránsito de la vía a construir y el tipo de capa.
Estos requisitos se relacionan en la tabla 2.
Tabla 2 Requisitos de los agregados para mezclas asfálticas en caliente de gradación continua. Fuente: Capítulo 4 – artículo 450, Especificaciones generales de construcción de
carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras – INVIAS. Tabla 450-3
Continúa
31
Tomada de: Capítulo 4 – artículo 450, Especificaciones generales de construcción de
carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras - INVIAS
Ahora bien, dependiendo del tipo de mezcla el agregado posee una
gradación específica, la cual se debe encontrar dentro de las franjas
granulométricas para mezclas asfálticas en caliente de graduación
continua (tabla 450-6, Capítulo 4 – artículo 450, Especificaciones
generales de construcción de carreteras y normas de ensayo para
materiales de carreteras – INVIAS). Para el presente estudio, se
llevará a cabo el análisis de la mezcla densa en caliente MDC-25,
para la cual tenemos la franja granulométrica establecida en la tabla
3:
Tabla 3 Granulometría mezcla MDC-25.
TIPO DE
MEZCLA
TAMIZ (mm/U.S. Standard)
37.5 25 19 12.5 9.5 4.75 2.00 0.425 0.180
0.075
1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” No.4 No.10 No.40 No.80
No.200
% PASA
DENSA MDC-25 - 100 80-
95
67-
85
60-
77
43-
59 29-45 14-25 8-17
4-8
Fuente: Elaboración propia
32
En el gráfico 1 se muestra la representación gráfica de dicha franja
granulométrica: Gráfico 1. Franja granulométrica MDC-25
Fuente: Elaboración propia
• MATERIAL BITUMINOSO: Seleccionado en función de: las
características climáticas de la zona, tipo de capa (rodadura,
intermedia y de base) y condiciones de operación de la carretera, el
cual puede ser asfalto convencional o asfalto modificado con
polímeros.
2.1.13. Diseño de mezcla asfáltica método Marshall. Conforme a la Norma
de Ensayo para materiales de carreteras del INVIAS INV E-748-13, este
diseño consiste en la fabricación de probetas cilíndricas de mezcla asfáltica,
de 4“de diámetro y una altura nominal de 2 ½”, las cuales pueden ser
empleadas para la determinación de estabilidad y flujo de la mezcla, análisis
de densidad y vacíos, resistencia a la tensión indirecta, fatiga, creep y módulo
resiliente entre otros.
Se realiza el procedimiento de elaboración de probetas descrito en el numeral
5 de la norma INV E-748-13, en el cual se relaciona:
1. Número de probetas: Preparación de un número mínimo de tres
probetas por cada contenido de asfalto (incrementos del 0,5% entre
ellos), de manera que el resultado obtenido sea de un contenido
óptimo.
2. Cantidad de materiales: Para cada probeta se requieren
aproximadamente 1200 g de ingredientes; por lo tanto, para una serie
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25
PO
RC
ENTA
JE P
ASA
ABERTURA TAMIZ (mm)
LÍMITE SUPERIOR
LÍMITE INFERIOR
33
de muestras de una gradación dada (en este caso MDC-25), es
conveniente disponer de aproximadamente 23 kg de agregados y
alrededor de 4 litros de cemento asfáltico. Adicionalmente, se requiere
una cantidad extra para el análisis granulométrico y determinación de
gravedades específicas.
3. Preparación de los agregados: Deberán secarse a una temperatura
constante, para posteriormente ser tamizados y separados en
fracciones de diferentes tamaños. Generalmente y conforme a
recomendación de la norma, se emplean las siguientes porciones:
• 25.0 a 19.0 mm – 1” a 3/4”
• 19.0 a 9.5 mm – ¾” a 3/8”
• 9.5 a 4.75 mm – 3/8” a No. 4
• 4.75 a 2.36 mm – No. 4 a No. 8
• Pasa de 2.36 mm - (Pasa No. 8)
4. Determinación de las temperaturas de mezcla y compactación: La
temperatura a la cual se debe calentar el cemento asfáltico para
elaborar las mezclas deberá ser la necesaria para que presente una
viscosidad de 170 ± 20 cP. La temperatura para la compactación de
las probetas deberá será la correspondiente a una viscosidad del
cemento asfáltico de 280 ± 30 cP.
5. Preparación de mezclas: Es posible realizarlas conforme a la cantidad
requerida para cada probeta o para el juego de tres probetas para
cada porcentaje de ligante. En primera instancia se pesa el material a
emplear de forma que la probeta cuente con la altura y diámetro
requerido, para posteriormente calentar los agregados en una placa
de calentamiento u horno a una temperatura entre el rango
establecido para la temperatura de mezcla y no mayor a 28°C.
Posteriormente, se colocan en un recipiente de mezclado, para
realizar una mezcla en seco de todos los tamaños durante
aproximadamente 5seg, para luego, con ayuda de un cráter en el
centro de la mezcla, realizar el vertimiento de la cantidad requerida de
asfalto, para lo cual los materiales se deben encontrar en la
temperaturas indicadas en el numeral anterior. Deben mezclarse lo
más rápido posible hasta obtener una mezcla completa y homogénea
(aproximadamente 60seg si es sólo una probeta).
Luego, se procede a colocar dicha mezcla en un horno ventilado,
dentro de recipientes metálicos cerrados a una temperatura superior
a la temperatura de compactación.
34
6. Compactación de las probetas: De forma simultánea a la preparación
de la mezcla, se realiza preparación previa del conjunto de molde,
collar, placa base y martillo de compactación limpiándolos y
calentándolos en un baño de agua hirviendo o en el horno a una
temperatura comprendida entre 90-150°C, para posteriormente incluir
el material de mezcla asfáltica por porciones, no sin antes emplear
papel filtro con forma circular en el molde. Luego de colocar la mezcla,
se procede a golpear con la espátula caliente 15 veces en el perímetro
y 10 en el interior a una temperatura mencionada en el numeral 4.
Se pone de nuevo el collar y el conjunto de sujetador sobre el pedestal
de compactación, se coloca otro papel filtro sobre la superficie y se
aplican entre 50 y 75 golpes según se especifique con el tránsito de
diseño, empleando para el martillo una caída de libre de 457,2mm o
18”. Se mantiene el martillo perpendicular a la base del molde durante
la compactación. Se hace lo mismo con la cara invertida de la muestra.
Se deja enfriar la muestra hasta que no produzca deformación al
sacarla, a menos que con ayuda de una bolsa plástica y el extractor
se saque de inmediato del molde, se identifique la muestra y se deje
por una noche reposando.
2.1.14. Porcentaje de Vacíos con Aire en Mezclas Asfálticas
Compactadas Densas y Abiertas I.N.V. E – 736 – 13. Ensayo usado para
la determinación del porcentaje de vacíos ocupados por el aire en las mezclas
asfálticas densas y abiertas compactadas; siendo este uno de los criterios
utilizados tanto en los métodos de diseño y en la evaluación de la
compactación alcanzada en la colocación y compactación de las mezclas
asfálticas.
En el presente estudio se tuvo como objeto determinar el porcentaje de
vacíos para mezclas densas, por lo tanto, se realizó el procedimiento descrito
en el numeral 5.1 de la norma INV E-736-13:
• Determinar la gravedad específica bulk de la mezcla compactada,
mediante el procedimiento descrito en alguna de las normas INV E-
722, INV E-734 o INV E-802.
• Determinar la gravedad específica máxima, según las normas INV E-
735 o INV E-803, sobre una mezcla asfáltica de idénticas
35
características (en cuanto a los agregados y su granulometría, así
como en cuanto al tipo y contenido de asfalto).
Obteniendo con estos dos valores el porcentaje de vacíos con aire en la
mezcla asfáltica compactada respecto al volumen total, con la siguiente
ecuación (2):
𝑉𝐴 = [1 −𝐺𝑏𝑢𝑙𝑘
𝐺𝑚𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎] 𝑥 100 (2)
2.1.15. Análisis volumétrico de mezclas asfálticas compactadas en
caliente I.N.V. E – 799 – 13. Norma que proporciona los procedimientos
para llevar a cabo el análisis volumétrico de especímenes compactados de
mezcla asfáltica en caliente; lo anterior, mediante la determinación de las
siguientes características volumétricas:
• Porcentaje de volumen de vacíos con aire – Va.
• Porcentaje de volumen de vacíos en el agregado mineral – VAM.
• Vacíos llenos de asfalto – VFA
• Volumen efectivo de ligante asfáltico – Vbe
• Contenido de asfalto efectivo
• Relación de polvo
Características obtenidas a partir de la determinación de los porcentajes, en
masa, de cemento asfáltico y agregado pétreo empleado en la elaboración
de la mezcla. Seguido a lo anterior, se calculan las gravedades: específica
del cemento asfáltico y gravedades específicas bulk del agregado grueso y
fino de la mezcla de forma individual, para así obtener la gravedad específica
del agregado combinado con la mezcla; posteriormente, las gravedades:
específica máxima de la mezcla (INV E-735 o INV E-803), específica bulk de
cada espécimen, específica efectiva del agregado pétreo; para así
determinar dichas características con las fórmulas relacionadas en el
numeral 4 de la norma (sub numerales 4.4, 4.7, 4.8, 4.9. 4.10, 4.11, 4.12,
4.13 y 4.14).
2.1.16. Estabilidad y Flujo de Mezclas Asfálticas en caliente empleando
el equipo Marshall I.N.V. E – 748 – 13. Ensayo usado para conocer la
resistencia a la deformación plástica de especímenes cilíndricos de mezclas
asfálticas para pavimentos. Es empleado para mezclas que tengan cemento
asfaltico y agregados pétreos con tamaño máximo o igual a 1”.
Consiste en la elaboración de probetas cilíndricas de 4 y 2,5 pulgadas de
diámetro y altura respectivamente. Este puede efectuarse de dos maneras,
36
A y B; el método A consiste en emplear un marco de carga con un anillo de
carga y un dial para medir la deformación (flujo) y el método B usa un
registrador de carga-deformación combinado con una celda de carga y un
transductor lineal diferencial variable (TLDV) u otro dispositivo de registro
automático de la deformación.
Con estas probetas también es posible realizar los ensayos de tensión
indirecta, fatiga, creep y módulo resiliente. Si se desea emplear los resultados
para el diseño de mezcla asfáltica, los resultados deben ser obtenidos del
promedio de al menos tres especímenes para cada contenido de ligante
asfáltico.
Los materiales y/o equipos necesarios para el ensayo son los siguientes:
• Dispositivo para moldear probetas.
• Extractor de probetas.
• Martillos de compactación.
• Pedestal de compactación.
• Sujetador para el molde.
• Elementos de calefacción.
• Mezcladora.
• Mordazas.
• Máquina de compresión.
• Medidor de la estabilidad.
• Medidor de deformación (flujo).
• Baño de agua.
• Equipo misceláneo: Bandejas metálicas, recipientes con tapa,
termómetros blindados, balanza, tamices, guantes, crayolas -
marcadores.
Como se relacionó previamente, es necesario realizar probetas con
diferentes contenidos de asfalto, realizando un análisis gráfico de los
resultados de estabilidad, flujo, densidad, vacíos totales con aire y vacíos
totales con asfalto versus estos contenidos, identificando así el contenido
óptimo de asfalto. Posterior a la realización de probetas conforme al
procedimiento descrito en el numeral 5 de la norma INV E-748-13, se procede
a llevar a cabo el ensayo de estabilidad y flujo.
Ensayo de estabilidad y flujo: Se debe realizar dentro de las 24 horas
siguientes a la compactación de probetas. Se colocan las probetas en baño
de agua durante 30-40 minutos o en el horno durante 120-130 minutos,
manteniendo el baño o el horno a una temperatura de 60±1°C.
37
Se limpian las barras guías y el interior de las mordazas, la mordaza debe
tener movimiento libre y debe estar a una temperatura entre 20 a 40°C.
Retirada la probeta del baño, se montan las mordazas, la superior con el
medidor de deformación situándolo en el centro en la prensa. Se aplica la
carga sobre la probeta con la prensa a una rata de deformación constante de
50 ±5mm por minuto (2±0,15” /min) hasta que ocurra la falla, es decir, cuando
ocurra la máxima carga y luego disminuye o decrece (procedimiento máximo
debe tardar 30 segundos).
Si el espesor de la probeta es diferente a 63.5 mm, el valor registrado deberá
ser corregido multiplicándolo por el factor que corresponda a la tabla 748-1
de la especificación, factor de corrección de la estabilidad medida.
El informe deberá contener la siguiente información:
• Tipo de muestra ensayada (laboratorio o núcleo).
• Valor promedio de la máxima carga en Newtons de por lo menos tres
especímenes.
• Valor promedio del flujo en 0,25mm de tres especímenes.
• Temperatura de ensayo.
Adicionalmente, dentro del diseño preliminar de la mezcla asfáltica en
caliente por este método, es necesario realizar la verificación del
cumplimiento de los criterios para el mismo; en este caso, los relacionados
en las tablas 450-10 y 450-11 de las Especificaciones generales de
construcción de carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras
– INVIAS.
2.1.17. Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas de
concreto asfáltico utilizando la prueba de tracción indirecta I.N.V. E –
725 – 13. Ensayo empleado para la preparación y prueba de especímenes
de concreto asfáltico, con el fin de medir el efecto del agua sobre su
resistencia a la tracción indirecta. Permite evaluar el efecto de la humedad
sobre mezclas elaboradas con o sin aditivos mejoradores de adherencia,
sean líquidos o sólidos pulvurentos, como la cal hidratada y el cemento
Portland.
Los equipos y/o elementos a emplear en este ensayo son:
• Elementos para preparación y compactación
• Bomba de vacío o aspirador de agua
• Manómetro o indicador de vacío
38
• Recipiente
• Balanza
• Tres baños de agua
• Prensa Marshall
• Franjas de carga
Posterior a la elaboración de los especímenes de ensayo y/o probetas
conforme a lo descrito en el numeral 5 de la norma I.N.V. E-725-13, se realiza
el procedimiento descrito a continuación:
• Se determina la gravedad específica máxima medida de la mezcla
conforme a la norma INV E-735.
• Se determina la altura de cada espécimen, como se indica en la
norma INV E-744
• Se determina la gravedad específica bulk de los especímenes
compactados, conforme a la norma INV E-733.
• Se calcula el porcentaje de vacíos con aire respecto al volumen total
de cada espécimen (norma INV E-736)
• Se dividen los especímenes en dos subgrupos, de tal forma que el
promedio de los vacíos con aire en los dos sea aproximadamente
igual. Se guarda a temperatura ambiente el subgrupo que va a ser
probado en seco.
• Se satura parcialmente con agua destilada a temperatura ambiente el
subgrupo que va ser probado húmedo.
o Se determina el volumen del espécimen parcialmente
saturado, de acuerdo a la norma INV E-733. Se determina el
volumen de agua absorbida, restando la masa seca en el aire
del espécimen.
o Se calcula el grado de saturación conforme al numeral 7.6.4
de la presente norma.
• Se acondicionan los especímenes parcialmente saturados,
sumergiéndolos en un baño de agua destilada.
• Se mide la altura de los especímenes acondicionados en condición
húmeda, de acuerdo con la norma INV E-744, se determina su
volumen por el método de la norma INV E-733.
• Se ajusta la temperatura del subgrupo conservado en seco,
colocando los especímenes en un baño de agua a 25 ± 1°C durante
20 minutos.
39
• Se determina la resistencia a la tensión de ambos subgrupos
conforme al procedimiento descrito en el numeral 7.11 de la presenta
norma.
2.2. ANTECEDENTES
Según el último boletín del DANE para el 2019; Colombia demostró que aunque
hubiera una disminución del 1% en la fabricación de concreto premezclado respecto
al año 2018, la producción de cemento gris aumentó 2,5% en el 201939; indicando
que la construcción del país sigue en crecimiento. En cuanto a la fabricación de
mezclas asfálticas, el aumento de construcciones de carreteras, calles, caminos,
puentes, carreteras sobreelevadas, túneles y construcción de subterráneos en dicho
material, incrementó en un porcentaje de aproximadamente 11,6% en el 2019 frente
al mismo periodo del año anterior40. Por tanto, la demanda de asfaltó aumentó
39.020 toneladas en el 2019 respeto al 2018 según cifras de ECOPETROL41. Esto
quiere decir que hay también un aumento en la generación de desechos debido a
las nuevas obras. La preocupación de la cantidad de desechos generados por la
construcción y demolición de obras es inquietante, de tal manera que desde el 2017,
varias empresas colombianas han realizado investigaciones para reincorporar al
ciclo económico este material. “constructoras como Colpatria, y fabricantes de
materiales como Cemex y Cementos Argos han creado proyectos especiales para
cumplir con la ley, y además contribuir al medio ambiente”42. Esta gran generación
de desechos de construcción también es evidente en la Unión Europea (U.E.), tal
como lo menciona Eduardo Pavón Gonzáles43, en el año 2017 existía entre un 25%
39 Indicadores económicos alrededor de la construcción (IEAC) [online]. Bogotá D.C.: DANE. 09
diciembre 2019 [citado 2 enero 2020]. Pag 7. Disponible en:
https://www.dane.gov.co/files/investigaciones/boletines/pib_const/Bol_ieac_IIItrim19.pdf 40 Indicador de inversión en obras civiles (IIOC) [online]. Bogotá D.C.: DANE. 13 diciembre 2019
[citado 2 enero 2020]. Pag 12. Disponible en:
https://www.dane.gov.co/files/investigaciones/boletines/obras/bol_obr_civi_IIItrim19.pdf 41 Portafolio. Megaproyectos impulsaron la venta de asfalto de Ecopetrol [online]. EN PORTAFOLIO.
04 septiembre 2019 [citado 2 enero 2020]. Disponible en :
https://www.portafolio.co/negocios/megaproyectos-impulsaron-la-venta-de-asfalto-de-ecopetrol-
533250 42 BOLAÑOS, Laura Fernanda. Los escombros que quedan de las obras también se reciclan [online].
EN La república. 16 agosto 2018 [citado 2 enero 2020]. Disponible en: https://www.larepublica.co/responsabilidad-social/los-escombros-que-quedan-de-las-obras-tambien-se-reciclan-2760303 43 PAVON GONZALES, Eduardo. El Protocolo de gestión de RCD en la UE reúne a los principales
actores del sector en busca de soluciones [online]. EN Profesionales hoy. 30 noviembre 2017 [citado 2 enero 2020]. Disponible en: https://profesionaleshoy.es/demolicion-y-reciclaje/2017/11/30/el-
40
y un 30% de RCD en la U.E., por lo cual el plan 2018/20 promovía que para el año
2020, el 70% de los residuos fueran reutilizados. Debido a este plan de la Unión
Europea y la mencionada preocupación, se han realizado varias investigaciones
para incorporar el RCD y RCA en la economía circular.
Lo anterior ha requerido estudiar la reutilización de residuos de construcción y
demolición (RCD) y agregado reciclado de concreto (RCA) en la fabricación de
concreto hidráulico y asfaltico. Por ello, en el presente capitulo mencionamos
algunos estudios. Primero nos referiremos al uso del RCD y después se
mencionarán los estudios del RCA.
Palomino y Maldonado44 reemplazaron RCD en estado de saturación (estado en el
cual el agregado en su interior se encuentra totalmente lleno de agua además de
tener una superficie totalmente húmeda) en los porcentajes de 50%,75% y 100%,
para la elaboración de concreto hidráulico de 3000 PSI- 21 MPa, con relación agua
cemento (A/C) 0,68, evaluando la resistencia a la compresión de los cilindros a 7,
14 y 28 días. Se concluyó que el concreto tiene mejor resistencia cuando el material
es homogéneo, es decir, cuando se reemplaza el 100% de los agregados naturales
por RCD. Adicionalmente, se observó que saturar el RCD disminuye el material
adherido a las partículas del agregado, mejorando las propiedades mecánicas del
concreto y recomendando la sustitución de 75% para concreto hidráulico. Por otro
lado, los residuos de construcción y demolición (RCD) también son usados en capas
asfálticas de rodadura como lo muestra Rosario et al. 45, que a pesar de su posible
mayor costo debido a su limpieza, manejo, dificultad en la compactación y mayor
consumo de energía al momento de usarlos en mezclas asfálticas; analizaron las
variables de densidad en seco, humedad y deformaciones para verificar su
respuesta y/o capacidad de carga, observaron que la capacidad de carga de éstos
materiales es satisfactoria cumpliendo con los resultados inclusive de una mezcla
asfáltica con agregado pétreo natural, siempre y cuando el agregado reciclado
cuente con una composición equivalente a: 75% concreto reciclado, 20% asfalto
(RAP), 5% cerámica y no posea contenido de impurezas.
Castro y Martínez46 reemplazaron totalmente (100%) el material pétreo natural por
RCD adicionando a la mezcla llenante mineral sostenible (ceniza) y agregaron el
protocolo-de-gestion-de-rcd-en-la-ue-reune-a-los-principales-actores-del-sector-en-busca-de-soluciones/6356 44 PALOMINO PINZON, Álvaro José y MALDONADO GUINEA, Álvaro Camilo. Op. cit. 45 ROSARIO HERRADOR, Rosario, et al. Use of Recycled Construction and Demolition Waste
Aggregate for Road Course Surfacing. Journal of Transportation Engineering 2012;138. ISSUE 2. Disponible en: DOI: 10.1061/(ASCE)TE.1943-5436.0000320. 46 CASTRO VANEGAS, Rafael Ricardo y MARTINEZ MARTINEZ, Jorge Armando. Aprovechamiento
de los residuos de construcción y demolición (RCD) para ser utilizados como agregados en el diseño de mezclas asfálticas en caliente. Ingeniería Civil. Bogotá D.C. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. 2016.
41
cemento asfaltico en diferentes proporciones (desde 4,5% hasta llegar a 6%
variando cada 0,5). La mezcla en estudio fue MDC-19 con cemento asfáltico (CA)
80-100, para nivel de tránsito 3. Se observó que con RCD, la mezcla no cumplía las
especificaciones para este nivel de tránsito a causa de la baja estabilidad y mayor
rigidez de la requerida, la cual indicaba no falla por fatiga a temprana edad; no
obstante, los valores de porcentaje de vacíos (%Va), vacíos en el agregado (VMA)
y vacíos llenos de asfalto (VFA), entran dentro de los parámetros de la norma. Se
concluyó que es posible usar la mezcla para niveles de tránsito 2 (NT2) y no es
recomendable reemplazar el 100% del agregado. Entonces, teniendo en cuento lo
anterior, Ubaque y Rocancio47 sustituyeron el agregado natural por RCD en
proporciones de 100, 40, 30, 20 y 10 por ciento, en una mezcla densa fría
(específicamente MDF 20), determinando que el 100% de reemplazo no cumplía
ningún requisito normativo, el único reemplazo de RCD que cumplía fue para 10%.
De forma adicional, se identificó que en tamaños menores de 1/2" del RCD, se
encuentra punto crítico al desgaste de abrasión.
Para finalizar el análisis del uso del RCD en mezclas asfálticas, Pérez, Pasadin y
Medina48 reemplazaron la fracción gruesa y emplearon como llenantes cal hidratada
y cemento portland, sustituyendo en diferentes proporciones el agregado natural por
RCD; se observó que la cal absorbe mayor contenido de humedad y al parecer
presentó reacción con el mortero del RCD dado que generó decremento o
detrimento en el comportamiento mecánico de las mezclas, adicionalmente, al usar
la cal como llenante, la estabilidad disminuía y la deformación incrementaba al
aumentar el contenido de RCD. En cambio, las mezclas cuyo llenante era cemento,
dejaba la mezcla más rígida que con la cal. Para ambos casos se presentó
disminución de la resistencia a la compresión bajo inmersión. Lo anterior atribuido
principalmente a la porosidad del mortero adherido a las partículas.
Ahora, haciendo referencia al uso del RCA en mezclas de concreto hidráulico, se
encontró estudio realizado por Garzón49, quien reemplazó el 50% y 100% de
agregado pétreo natural por RCA, variando la relación A/C (0,48; 0,53 y 0,58) y
adicionando contenido de cenizas volantes en un 0% y 40% (este último con el
objetivo de disminuir la porosidad y aumentar la impermeabilidad). En éste se
identificó que al reemplazar el 100% del agregado, la mezcla requiere mayor
relación A/C, adicionalmente, en este reemplazo de 100%, los cilindros que
47 UBAQUE BENAVIDES, Sergio Mauricio y ROCANCIO CABREJO, Nancy Viviana. Dosificación
óptima de agregado de aprovechamiento obtenido de la mezcla de agregado pétreo y de triturado del concreto proveniente de RCD para la implementación en asfalto denso en frio. Tecnología en Construcciones Civiles. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Bogotá D.C. 2018. 48 PÉREZ, I; PASADIN, A.R. y MEDINA, L. Hot mix asphalt using C&D waste as coarse aggregates.
Materials and Design 2012; 36:840-846. Disponible en: doi: 10.1016/j.matdes.2010.12.058 49 GARZÓN PIRE, William. Estudio de durabilidad al ataque de sulfatos del concreto con agregado
reciclado. Magister en Construcción. Bogotá D.C. Universidad Nacional de Colombia. 2013.
42
presentaron menor variación de expansión fueron aquellos que tenían relación A/C
de 0,53 sin adicionar cenizas volantes. Por lo anterior, se concluyó que, pese a que
la ceniza volante controla muy bien la expansión, también es un factor indispensable
la relación agua cemento que se utilice.
Pretratando el RCA con un sellamiento como lo hacen Beltrán y Borrego50 con 6
diferentes lechadas pobres (2 variando relación A/C y 4 variando relación
agua/humo de sílice – A/Cen. -) cuyos objetivos principales eran atacar la absorción
y afectar el comportamiento mecánico del concreto, se recubrió el RCA antes de
adicionarlo a la mezcla. El volumen de recubrimiento se estableció basándose en la
granulometría del material para un total de 20kg. La estabilización se realizó por
volumen y la aplicación del tratamiento se ejecutó de manera lenta en un periodo
de tiempo de 10min, sumergidas durante 3 y 7 días. De estos casos, dieron mejores
resultados los tratamientos a los 7 días sumergidos, aumentando la gravedad
específica y disminuyendo la absorción del RCA. El agregado estabilizado con A/C
igual a 1,2 (T3) fue la estabilización que más aumento la gravedad específica, y el
RCA tratado con relación A/Cen. igual a 1 (T2), fue la que más disminuyó la
absorción. Concluyeron que a mayor relación de agua-cementante, menor
absorción y mejor resistencia en los agregados, aumentando esta resistencia el
material sumergido a los 7 días. En cuanto a los concretos realizados, se reemplazó
el 50% de agregado natural con relación A/C 0,59, fallando los cilindros a 7 y 28
días. Determinaron que el asentamiento para todos los tratamientos cumple, pero
las dosificaciones con agregado tratado T3 y T2 tienen menor asentamiento y mejor
resistencia a la compresión.
Como ya se ha mencionado en los capítulos anteriores, se ha visto la importancia
de los estudios acerca de usar el agregado reciclado para incentivar la construcción
sostenible. “El agregado de concreto reciclado (RCA), el agregado de ladrillos
reciclados (RBA), el agregado de vidrio reciclado (RGA), los materiales de
construcción recuperados (RBM) y los desechos de construcción y demolición
(RCD) han sido investigados como agregado usado en mezclas asfálticas. Se
demostró que estos tipos de agregados reciclados podían ser utilizados en la
mezcla asfáltica y presentaron resultados satisfactorios”51. Sin embargo, el uso del
agregado reciclado de concreto (RCA) continúa presentado inconvenientes y/o
falencias dentro de dichas mezclas.
50 BELTRÁN TOBÓN, Gustavo Adolfo y BORREGO SÁNCHEZ, Carlos Daniel. Comportamiento
mecánico de concreto con agregado reciclado tratado con lechadas pobres. Ingeniería Civil. Bogotá D.C. Universidad Javeriana. 2014. 51 ZHU J, et al. Investigation of asphalt mixture containing demolition waste obtained from earthquake-
damaged buildings. Construction and Building Materials 2012; 29:466–75. Disponible en: doi: 10.1016/j.conbuildmat.2011.09.023. pág. 466.
43
Pasadin y Pérez52 en su artículo de resumen sobre mezclas bituminosas con
agregado reciclado de concreto, explican que el mayor problema de éste es el
mortero adherido. Sabiendo que una partícula de RCA se compone de agregado
natural y mortero adherido, se observó que entre ellos difieren en las siguientes
características: edad, composición, porosidad, textura, contenido y espesor. Esto
hace que el mortero tenga una adhesión relativamente débil con el agregado natural
que recubre, degradando las características de la partícula de RCA. En las
conclusiones de varias referencias bibliográficas del artículo referenciado, las
mezclas densas en caliente (MDC) con RCA cumplen con la estabilidad Marshall y
flujo requerido para soportar cargas de tráfico medio-bajo, esto, reemplazando el
agregado natural por RCA en porcentajes de 30 a 50 por ciento (preferiblemente
fracción gruesa debido a que la fracción fina al tener mayor contenido de mortero,
ocasiona perdida general de propiedades del agregado) y teniendo en cuenta un
buen proceso de selección: tipo de agregado natural, origen del RCA, tratamiento y
tipo de mineral utilizado. Además, se observó que el uso del RCA mejora la rigidez
de la mezcla, comprobándose que a altas temperaturas, la rigidez depende del
ligante y a bajas temperaturas, de los áridos; por esta misma razón, usar mezclas
asfálticas con RCA en lugares con bajas temperaturas, empeora el rendimiento
degradando la resistencia. Ahora bien, en el ensayo Marshall la mezcla presenta
fuertes cambios volumétricos al momento de compactarse debido al mortero; este
último también ocasiona mayor consumo de asfalto, el cual es directamente
proporcional al incremento de cantidad del RCA en la mezcla. Este contenido óptimo
de asfalto puede cambiar por tres aspectos: “El tipo de RCA empleado (porcentaje
de impurezas), el tamaño de fracción sustituida (tiene más mortero adherido la
fracción fina que la gruesa) y/o especificaciones técnicas del país (en España 3,5%;
en Florida 5%).”53
El uso de RCA también generó diminución en la densidad de la mezcla y aumentó
su absorción y en el ensayo por susceptibilidad al daño por humedad se evidencia
un mecanismo de fallo asociado a la descomposición del árido atribuido a las
partículas débiles en el mortero, yeso y ladrillo. Así pues, se estableció la necesidad
de realizar un tratamiento y/o estabilización al RCA previo a su utilización dentro de
la mezcla asfáltica.
En varios estudios han planteado diferentes estabilizaciones y/o tratamientos, en la
mayoría de éstos la metodología utilizada para estudiar las mezclas asfálticas con
RCA, fue reemplazar el agregado natural por RCA tratado en diferentes
proporciones, variando el contenido de asfalto y diseñando la mezcla con método
Marshall. Algunos de ellos son:
52 PASADIN, A.R. y PÉREZ, I. 2015 Op cit. 53 PÉREZ, Ignacio, et al. Op cit.
44
• Tratamiento térmico54, cuyo objetivo fue transformar el carbonato de calcio
inherente (calcita) en óxido de calcio (cal libre) a través de un proceso de
calcinación, se realizó para el 45% del RCA sustituido. Investigaron la
factibilidad de la sustitución parcial de agregado pétreo natural, por agregado
reciclado de concreto (RCA) en una mezcla asfáltica en proporciones de 6%,
45% sin tratar y 45% de RCA tratado. Encontraron que el cemento asfaltico
optimo era 5,3%; 6,5% y 7% respectivamente (CA 60-70). Se realizó el
diseño con el método Marshall W3B concluyendo que las tres mezclas
cumplen las especificaciones. Las mezclas que tiene mayor porcentaje de
sustitución lograron mejor rendimiento, y el RCA tratado dio mayor
resistencia denotando que la cal libre producida en el concreto tratado, podría
haber ayudado a mejorar el desempeño de la fluencia. Sin embargo, este
proceso de calcinación dio lugar a una cierta pérdida de masa, así como una
cierta descomposición de los agregados.
• Para verificar el potencial del agregado de concreto reciclado pretratado con
residuos de aceite55 con el objetivo de reducir el consumo de asfalto y mejorar
el desempeño de la mezcla asfáltica, se reemplazó este RCA en una mezcla
MDC. El desempeñó se evaluó con el porcentaje óptimo de asfalto
incorporando un 40% de RCA grueso sin tratar, un 40% de RCA grueso
pretratado, un 20% de RCA agregado fino, un 20% de RCA fino pretratado.
El tratamiento del RCA consistía en tres pasos principalmente: RCA
precalentado en un recipiente de mezcla, el vertimiento de una cantidad
específica de aceite y transferir el RCA tratado al horno y curarlo en un
periodo de tiempo, para posteriormente ser sustituidos. Los resultados
obtenidos mostraron que el pretratamiento del RCA disminuyó el contenido
óptimo de asfalto, el cual disminuyó en mayor medida al aumentar el
porcentaje de reemplazo en la mezcla. Adicionalmente, también mejoró la
vida a la fatiga y rendimiento a la baja temperatura; sin embargo, presentó
un efecto negativo en el daño por la humedad, resistencia a la deformación
permanente y el módulo dinámico.
• El recubrimiento de RCA con pasta de cemento con escoria56, tenía el
objetivo de disminuir la cantidad de vacíos (alta porosidad) y la debilidad del
agregado debido a la trituración que tiene éste al momento de producirlo. El
54 Wong YD y Sun DD, Lai D. Value-added utilization of recycled concrete in hotmix asphalt. Waste
Management 2007; 27:294–301. Disponible en: doi: 10.1016/j.wasman.2006.02.001 55 MA, Jianmin, et al. Potential of recycled concrete aggregate pretreated with waste cooking oil
residue for hot mix asphalt. Journal of Cleaner Production 2019; 221:469-479. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.256 56 LEE, Cheng-Hsiao; DU, Jia-Chong y SHEN, Der-Hsien. Evaluation of pre-coated recycled concrete
aggregate for hot mix asphalt. Construction and Building Materials 2012; 28:66.
45
tratamiento demostró mejora en la abrasión por solidez y resistencia a la
compresión, reduciendo el porcentaje de perdida en la máquina de los
ángeles, en la mezcla aumentando rigidez y menos formación de surcos. Los
mejores resultados se obtuvieron para el recubrimiento de 0,25mm de
espesor. Observaron también que a medida que aumentaba la relación de
espesor, aumentaba la resistencia a la tracción indirecta; sin embargo, esta
resistencia disminuyó a altas temperaturas.
• RCA cubierto de resina de silicona liquida patentada57, el RCA tratado fue
proveniente de los edificios derrumbados del terremoto de Wenchuan, el cual
contenía 28,46% de cerámica y ladrillo, debido a esto, este tratamiento buscó
mejorar la alta absorción y bajar la resistencia a la fragmentación.
Para lograr el pretratamiento, el agregado reciclado grueso (mayor de 4,75
mm) se sumergió en resina de silicona líquida durante 1 hora y se mantuvo
en el horno a 60 °C durante 24 horas para solidificar el recinto de silicona.
La silicona reforzó el RCA disminuyendo la perdida por abrasión y trituración,
esto resulta porque la silicona rellena los poros del RCA y además recubre
su superficie, por lo cual disminuye la absorción y la gravedad especifica
aparente, esta última no resulta conveniente al no cumplir el valor de la
norma. Esta capa de resina de silicona refuerza el agregado reciclado y
dentro de la mezcla mejora la resistencia, absorción, adhesión con el asfalto
y la morfología de la superficie del agregado reciclado; perfeccionando de
manera efectiva la resistencia a la humedad y flexibilidad en bajas
temperaturas. En cuanto a la deformación permanente, el pretratamiento
presenta un efecto negativo en altas temperaturas.
• Introducir las mezclas sueltas en el horno entre 0 a 4 horas a la temperatura
de mezclado antes de la compactación58, cuyo objetivo era mejorar la
resistencia a los daños por humedad, en efecto, se evidenció mejora en esta
resistencia. Se concluyó que, a mayor tiempo de envejecimiento (más tiempo
dentro del horno) y contenido de RCA, mayor era la penetración y/o consumo
de asfalto debido a la porosidad del mortero adherido en las partículas de
RCA. Adicionalmente se identificó que la rugosidad del RCA dificulta la
compactación de la mezcla aumentando el contenido de vacíos.
57 Zhu J, et al. Investigation of asphalt mixture containing demolition waste obtained from earthquake-
damaged buildings. Construction and Building Materials 2012; 29:466–75 58 PASADIN, A.R. y PÉREZ, I. Effect of ageing time on properties of hot-mix asphalt containing
recycled concrete aggregates. Construction and Building Materials 2014; 52:284-293. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.11.050
46
• Al recubrir el RCA con emulsión asfáltica (5% respecto al peso del RCA)
previo de introducirlo a la mezcla59, sustituyendo el agregado pétreo natural
en diferentes porcentajes (específicamente la fracción gruesa) por RCA
recubierto, y variando el cemento asfaltico; se evaluó el desempeño de
resistencia a la acción del agua. Se concluyó que hay baja resistencia al agua
debido a tres factores: bajo contenido de sílice el cual reduce afinidad con el
aglutinante, porosidad debido al mortero adherido y el porcentaje de perdida
en la máquina de los ángeles que puede generar fisuras en la mezcla. Sin
embargo, comparado con la mezcla fabricada con RCA sin tratar, mejora la
resistencia a daños por humedad porque los poros del RCA son tapados y
mejora la trabajabilidad de la mezcla debido a una compatibilidad química
entre el material aglutinante y el RCA. En cuanto a propiedades de la mezcla
como módulo resiliente, resistencia a la deformación permanente y la fatiga
se ven resultados similares a las mezclas sin RCA, connotando un
funcionamiento adecuado del tratamiento.
• El RCA doblemente recubierto (DCRCA)60 para mejorar su resistencia y
durabilidad, se evaluó dentro de una mezcla asfáltica MDC sustituyéndolo en
porcentajes de 0%, 20%, 40% y 60%. La primera capa fue con pasta de
escoria de cemento (CSP) para penetrar los poros más profundos del RCA
con el objetivo de obstruirlos, y la segunda capa con Sika Tite-BE fue
aplicada para sellar dichos poros. Inicialmente se evaluó el espesor óptimo
de la primera capa estudiando 4 diferentes (0,05mm, 0,1mm, 0,2mm y
0,4mm), de los cuales, debido a los resultados escogieron 0,1mm para en
seguida aplicarle la segunda capa con Sika Tite-BE.
Las mezclas con DCRCA según el diseño Marshall, mostraron valores de
estabilidad más altos que RCA sin revestimiento e incluso del agregado
natural. Sin embargo, dichas mezclas requieren mayor porcentaje óptimo de
asfalto; el RCA sin revestir requiere mayor porcentaje que el RCA tratado.
Las mezclas de DCRCA mostraron una aceptable resistencia a la
deformación permanente. Sin embargo, las mezclas con DCRCA siguen
teniendo la deformación que no cumple según norma.
59 PASADIN, A.R. y PÉREZ, I. Mechanical properties of hot-mix asphalt made with recycled concrete
aggregates coated with bitumen emulsion. Construction and Building Materials 2014; 55:350-358. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.01.053 60 KAREEM, Abbaas I; NIKRAZ, Hamid y ASADI, Hossein. Performance of hot-mix asphalt produced
with double coated recycled concrete aggregates. Construction and Building Materials 2019; 205: 425–433. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.023
47
Las mezclas asfálticas hechas con DCRCAs mostraron una mayor vida de
fatiga que la mezcla de control. Esto fue porque mostraron una mejor rigidez,
lo cual demuestra mejor adherencia entre áridos y el betún. Parece que entre
más se añade DCRCA, más larga es la vida de fatiga de la mezcla logrando
un mayor número de ciclos de carga.
La adición de DCRCA no tiene una gran influencia en el módulo dinámico de
la MDC. El DCRCA podría considerarse como agregado alternativo.
• El tratamiento de RCA con cal hidratada previo a su utilización en una mezcla
densa en caliente61 buscaba mejorar su porosidad y reactividad. Se empleó
entonces una lechada de cal hidratada de concentración del 1,5%, para
sumergir el material de RCA por un periodo de 24 horas y posteriormente ser
secado a una temperatura constante de 110°C por un lapso de 4 horas en el
horno para así ser el sustituyente del agregado pétreo natural dentro de la
mezcla, adicionalmente se incluyó polvo de asfalto a la fabricación de la
mezcla. Se realizaron sustituciones del 0%, 20%, 40%, 60%, 80% y 100%
en términos del peso del agregado pétreo natural. Para todas las mezclas se
utilizó el porcentaje óptimo de asfalto de 4,4%.
Se concluyó que el tratamiento con cal hidratada puede mejorar la calidad
mecánica de la superficie del árido, teniendo en cuenta que el emplearlo
dentro de la mezcla aumenta la resistencia y estabilidad; sin embargo, se
genera un aumento en la deformación permanente y en el contenido de
vacíos en consecuencia de la porosidad del mortero adherido.
Adicionalmente, esta alta porosidad del RCA sin tratar genera un mayor
consumo de asfalto, por lo que, al realizar el tratamiento previo, se denotó
una disminución en este consumo. Los valores de VMA evidenciaron que el
RCA tratado tiene un contenido de vacío mayor que el RCA no tratado y los
especímenes tratados tienen mayor gravedad especifica bulk que los RCA
sin tratar, lo que es contradictorio. Esto puede atribuirse a que las partículas
de cal hidratada entran y permanecen principalmente en la región superficial
del agregado tratado.
Se identifica que el tratamiento previo con cal hidratada mejora las
características y/o principales falencias del RCA para ser empelado como
agregado dentro de la mezcla; sin embargo, se recomienda evaluar su uso
en condiciones de cargas livianas o bajas para obtener el máximo
rendimiento.
61 ALBAYATI, Amjad, et al. A sustainable pavement concrete using warm mix asphalt and hydrated
lime treated recycled concrete aggregates. Sustainable Materials and Technologies 2018; 18: e00081. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.susmat.2018.e00081
48
Connotando que en los estudios realizados se reporta en la mayoría de ocasiones
aumento de la resistencia mecánica de las mezclas debido a los materiales
empleados para modificar las propiedades de las mezclas asfálticas, también se
observa la tendencia en los asfaltos modificados de presentar menor susceptibilidad
térmica, mayor resistencia a fluir y rigidez.
49
3. METODOLOGÍA
El presente estudio fue cuantitativo y de carácter experimental, debido a que se
relaciona la causa-efecto entre la estabilización química del RCA y la variación de
la resistencia de las mezclas asfálticas al emplear reciclado de concreto con y sin
estabilización química.
El emplear cal para la estabilización requirió de un análisis empírico al realizar
identificación visual preliminar de su adherencia al agregado (reciclado de
concreto); esto quiere decir que la población corresponde a la mezcla asfáltica
densa en caliente MDC-25, cuya muestra concierne a la fracción gruesa (¾ y ½ de
pulgada) del agregado de la mezcla asfáltica MDC-25.
El alcance del presente estudio fue de tipo cuantitativa, por medio de dos ensayos
básicos ya mencionados (Marshall y tracción indirecta), se analizó la resistencia de
la mezcla densa en caliente MDC-25 reemplazando la fracción gruesa del agregado
pétreo natural, con concreto reciclado sin estabilizar y con concreto reciclado
estabilizado químicamente con cal hidratada (Cal 85 – Producto Caltek) en dos
dosificaciones diferentes de relación cal:agua, 1:1 y 1:2. Este análisis se hizo con
respecto a los requerimientos establecidos por la normatividad INVIAS para el nivel
de transito 3 (NT3).
Para dar cumplimiento a los objetivos planteados, permitir una adecuada utilización
de los recursos y una optimización del tiempo se desarrollaron las siguientes etapas:
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
Durante el desarrollo del proyecto se ejecutó una fase de revisión bibliográfica para
profundizar en el estado del conocimiento sobre el tema. Las principales fuentes de
consulta fueron artículos publicados en revistas indexadas nacionales e
internacionales, libros texto y de investigación y reportes finales de proyectos de
investigación.
CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
En esta etapa se seleccionó como ligante asfáltico para la fabricación de las
mezclas un cemento asfáltico (CA) 60-70 producido en Barrancabermeja por
ECOPETROL. Este CA fue escogido debido a que es el más utilizado y producido
en Colombia. El agregado pétreo para la fabricación de las mezclas provino de la
planta de asfaltos CONCRESCOL S.A., el cual es un material que cumple con los
requisitos mínimos de calidad exigidos por las especificaciones INVIAS (2013). En
las Tablas 4 y 5 se presentan los ensayos que se ejecutaron sobre estos materiales,
50
cemento asfáltico y agregado pétreo natural respectivamente, con el fin de
caracterizarlos siguiendo los lineamientos especificados por INVIAS (2013).
Tabla 4 Ensayos de caracterización a ejecutar sobre el CA 60-70. Fuente: propia
Ensayo Método
Penetración (25°C, 100 g, 5 s) INV. E-706 Índice de penetración INV. E-724
Viscosidad dos temperaturas INV. E-717 Ductilidad (25°C, 5cm/min) INV. E-702 Peso específico de asfaltos INV E-707 Puntos de inflamación y de
combustión INV. E-709
Punto de ablandamiento INV E-712
RTFOT (ensayo de película delgada, INV. E-721)
Pérdida de masa INV. E-721
En el Anexo 1 se adjuntan los resultados de la caracterización del cemento asfáltico.
Tabla 5 Ensayos de caracterización sobre el agregado pétreo. Fuente propia
Ensayo Método
Resistencia al desgaste en la máquina de los Ángeles
INV. E-218, 219
Micro-Deval INV. E-238
10% de finos en seco INV. E-224
Caras fracturadas INV. E-227
Partículas planas y alargadas INV. E-240
Adicionalmente, se realizó la caracterización del agregado reciclado de concreto
conforme a los ensayos de la tabla 5 (Ver Anexo 2), proveniente de GRANULADOS
RECICLADOS GRECO SAS (Bogotá), para su posterior empleo en la fracción
gruesa de la mezcla asfáltica MDC-25. De los ensayos establecidos en el Capítulo
4 – artículo 450, Especificaciones generales de construcción de carreteras y normas
de ensayo para materiales de carreteras – INVIAS, tabla 450-3, solo se realizaron
los mencionados en la tabla 5 teniendo en cuenta que los demás no aplicaban
conforme al alcance y objetivos del presente estudio.
ESTABILIZACIÓN DEFINITIVA DE AGREGADO PROVENIENTE DEL RCA CON
CAL
Con el fin de infiltrar el aditivo químico dentro de los poros de la fracción gruesa del
agregado de reciclado de concreto (RCA), se fabricaron lechadas del aditivo con
agua, para lo cual se realizaron siete (7) proporciones diferentes variando los
51
contenidos agua y cal, la estabilización se realizó por peso. Se sumergieron en estas
lechadas el reciclado de concreto durante una hora (1hora), siendo mezclado el
material manualmente cada 5 minutos. Luego, se realizó un lavado superficial para
retirar los excesos de cal y se procedió a secar al horno el material estabilizado por
un tiempo no menor de veinticuatro (24) horas, con el objetivo de que secara el
aditivo dentro de los poros del reciclado.
Las dosificaciones de cal:agua (C:A) empleadas para las lechadas objeto de
estudio, fueron:
• 1,2:1
• 1:1
• 1:1,5
• 1:2
• 1:2,5
• 1:3
• 1:4
Seguido esto, se realizaron los ensayos de gravedad específica-absorción (INV E-
223-13) y desgaste en la máquina de los ángeles (INV E-218-13), con el fin de
determinar las dos relaciones de cal:agua con mejores resultados, es decir, donde
el material reciclado y estabilizado experimentara menor absorción y mayor
resistencia en la máquina de Los Ángeles. El ensayo de gravedad especifica se
realizó tres veces consecutivas, denominándolos ensayos 1,2, y 3, esto con el
objetivo de disminuir el error presentado en estos procesos y así seleccionar las
dosificaciones con mejores características.
Conforme a lo anterior, se estabilizó una mayor cantidad de reciclado de concreto
con las relaciones cal:agua de mejores características, para así realizar su
respectiva caracterización (conforme a los ensayos descritos en la tabla 5) y
emplear la misma como sustituto de los agregados naturales en la fracción gruesa
de la mezcla asfáltica MDC-25 (Ver Anexo 2).
ENSAYO MARSHALL Y TRACCIÓN INDIRECTA - MEZCLA DE CONTROL PARA
DEFINIR PORCENTAJE DE ASFALTO OPTIMO
Una vez caracterizados los materiales, se fabricaron las mezclas asfálticas
conforme a la Norma de Ensayo para materiales de carreteras del INVIAS INV E-
748-13. Inicialmente, con el fin de obtener el porcentaje óptimo de asfalto de la
mezcla de control o de referencia (agregado pétreo natural y asfalto CA 60-70) se
fabricaron tres briquetas compactadas a 75 golpes por cara para porcentajes de
asfalto de 4,5%, 5,0%, 5,5% y 6,0%, siguiendo los lineamientos establecidos en la
especificación INV. E-748-13.
52
Sobre estas muestras se realizó el ensayo Marshall (INV. E-748-13) y se determinó
su composición volumétrica (vacíos con aire, vacíos en agregados minerales – VMA
y llenos de asfalto – VFA) y su resistencia bajo caga monotónica (estabilidad – E,
flujo – F y relación E/F), para así obtener el porcentaje óptimo de asfalto. (Ver Anexo
3)
Una vez identificado el contenido óptimo de asfalto, fueron fabricadas otras seis
briquetas Marshall con dicho contenido para realizar el ensayo de tracción indirecta
(INV. E-725-13) sobre muestras secas (3 briquetas) y sumergidas en agua (3
briquetas), con el fin de evaluar el daño por humedad, calculando la relación entre
la condición saturada y seca (TIS/TID). La granulometría de las mezclas es la
establecida por INVIAS (2013) para mezclas tipo MDC-25 (ver Tabla 3). Esta
granulometría fue escogida debido a que es la más utilizada para construir capas
de base asfáltica en pavimentos flexibles. Adicionalmente, esta mezcla permite
sustituir agregados pétreos de mayor tamaño en comparación con mezclas del tipo
MDC-19 y MDC-10. Las temperaturas de fabricación y compactación de las
briquetas fueron escogidas con base en el ensayo de viscosidad realizado al CA 60-
70, cumpliendo con el rango especificado para mezclas del tipo denso (viscosidad
de mezcla de 170 cp. y de compactación de 280 cp.). En total en esta fase se
fabricaron 12 briquetas para el ensayo Marshall y 6 para el ensayo de tracción
indirecta (18 en total). (Ver Anexo 3)
La granulometría de las mezclas es la establecida por INVIAS (2013) para mezclas
tipo MDC-25 (ver Tabla 3). Esta granulometría fue escogida debido a que es la más
utilizada para construir capas de base asfáltica en pavimentos flexibles.
Adicionalmente, esta mezcla permite sustituir agregados pétreos de mayor tamaño
en comparación con mezclas del tipo MDC-19 y MDC-10. Las temperaturas de
fabricación y compactación de las briquetas fueron escogidas con base en el ensayo
de viscosidad realizado al CA 60-70, cumpliendo con el rango especificado para
mezclas del tipo denso (viscosidad de mezcla de 170 cp y de compactación de 280
cp). En total en esta fase se fabricaron 12 briquetas para el ensayo Marshall y 6
para el ensayo de tracción indirecta (18 en total).
EVALUACIÓN DE LA MEZCLA CON REEMPLAZO DEL MATERIAL PÉTREO POR
RECICLADO DEL CONCRETO SIN ESTABILIZAR Y ESTABILIZADAS CON CAL
Reemplazando parte de la fracción gruesa del agregado pétreo por reciclado de
concreto, se fabricaron nuevas briquetas Marshall empleando el contenido óptimo
de asfalto determinado en la fase anterior (5%). Se analizaron tres mezclas
diferentes dependiendo de los porcentajes de sustitución, los cuales fueron: 0% de
RCA; 12,5% (sustitución del tamiz 3/4”) y 11,5% (sustitución del tamiz ½”), para
material sin estabilizar y estabilizado. Estos tamaños fueron escogidos teniendo en
53
cuenta que son los tamaños predominantes en el reciclado de concreto (calculados
por masa).
Se sustituyó el agregado pétreo natural por concreto reciclado estabilizado con
lechada de cal hidratada (Cal85 – Producto Caltek) en las dos dosificaciones
seleccionadas (cal:agua 1:1 y 1:2), en búsqueda de disminuir la absorción y tener
mayor resistencia en la máquina de Los Ángeles (factores que son su mayor
inconveniente al ser empleados dentro de la mezcla asfáltica).
Se fabricaron tres briquetas por cada mezcla de estudio compactadas a 75 golpes
por cara, para la ejecución del ensayo Marshall (INV. E-748-13) y tracción indirecta
(estabilidad y flujo – INV E-725-13).
En total en esta fase fueron fabricadas 54 briquetas Marshall: 2 sustituciones de
agregado x 3 briquetas x 3 RCA (estabilizado y sin estabilizar) para el ensayo
Marshall, y 6 briquetas x 2 sustituciones x 3 RCA (estabilizado y sin estabilizar) para
el ensayo de tracción indirecta. (Ver Anexo 3).
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Con los resultados obtenidos en la fase de evaluación de la mezcla con reemplazo
del material pétreo por reciclado del concreto sin estabilizar y estabilizadas con cal,
se realizó el análisis de varianza (ANOVA) tipo F-test con una confiabilidad del 95%.
Este método es una herramienta fundamental en el análisis de modelos de regresión
lineal y diseños de experimentos debido a que permite evaluar la importancia de
uno o más factores al comparar las medias de la variable de respuesta en los
diferentes niveles de los factores. En el presente estudio se tendría como único
factor la mezcla asfáltica MDC-25, con las variantes de: Mezcla de control, mezcla
cuya sustitución se realiza por RCA sin estabilizar y mezcla con RCA estabilizado
(dos dosificaciones), para finalmente analizar las variables de respuesta mecánica
de las mezclas (Marshall y tracción indirecta).
Por lo tanto, teniendo en cuenta la significancia estadística entre el valor F y F crítico,
valor que representa la variabilidad debida a diferentes fuentes, se determinó si las
sustituciones realizadas del agregado natural por RCA (con y sin estabilización con
cal) en las mezclas asfálticas generan una variación representativa e importante
(desde el punto de vista estadístico) con la hipótesis nula que todas las variantes
presentarían el mismo comportamiento. Se ha elegido este análisis porque
comparando los resultados uno a uno aumentaría la probabilidad global de cometer
un error y se concluiría mal respecto al funcionamiento de la estabilización química
del RCA.
54
INFORMES
Esta etapa se desarrolló en varios procesos y/o etapas anteriores debido a que
durante el transcurso del estudio se elaboraron los documentos respectivos para la
publicación y divulgación de los resultados, basados en la revisión bibliográfica
consultada y los resultados periódicos que se obtuvieron de la fase experimental.
Se remitieron informes parciales al director del trabajo de grado para su respectiva
revisión y el documento final en donde se presentan los análisis de los resultados y
las conclusiones del estudio.
55
4. ANALISIS DE RESULTADOS
4.1. CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES
4.1.1. Agregado pétreo natural
En la tabla 6 se presentan los resultados de la caracterización del agregado
natural, entregados por el laboratorio PINZ – LAB LABORATORIO DE
SUELOS, PAVIMENTOS Y MATERIALES. Se observa que cumple los
requisitos mínimos de calidad exigidos por la especificación INVIAS (2013)
para la fabricación de mezclas de concreto asfáltico.
Tabla 6. Caracterización agregado pétreo natural
ENSAYO MÉTODO REQUISITO RESULTADO
GRAVEDAD ESPECÍFICA AGREGADO DE 1"
AASHTO T84-00 AASHTO T85-91
2,51
GRAVEDAD ESPECÍFICA APARENTE AGREGADO DE 1"
2,61
ABSORCIÓN AGREGADO DE 1" 1,75%
GRAVEDAD ESPECÍFICA AGREGADO DE 3/4" 2,52
GRAVEDAD ESPECÍFICA APARENTE AGREGADO DE 3/4"
2,65
ABSORCIÓN AGREGADO DE 3/4" 1,85%
GRAVEDAD ESPECÍFICA AGREGADO DE 1/2" 2,48
GRAVEDAD ESPECÍFICA APARENTE AGREGADO DE 1/2"
2,65
ABSORCIÓN AGREGADO DE 1/2" 2,20%
GRAVEDAD ESPECÍFICA ARENA DE RÍO 2,51
GRAVEDAD ESPECÍFICA APARENTE ARENA DE RÍO
2,64
ABSORCIÓN ARENA DE RÍO 1,68%
EQUIVALENTE DE ARENA AASHTO T176-02 50% mínimo 76%
CARAS FRACTURADAS A UNA CARA ASTM D5821-01 75% mínimo 87%
LÍMITES LÍQUIDO Y PLÁSTICO ASTM D4318-00 0% 0%
ÍNDICE DE ALARGAMIENTO NLT 354-91 10% mínimo 9,50%
ÍNDICE DE APLANAMIENTO NLT 354-92 10% mínimo 9,50%
ATAQUE DE SULFATO DE MAGNESIO ASTM C88-99a 18% mínimo 12,90%
MICRODEVAL AASHTO T327-05 25% mínimo 22,30%
10% DE FINOS (RESISTENCIA EN SECO) DNER ME 096-98
90 kN mínimo 115 kN
10% DE FINOS (RELACIÓN HÚMEDO/SECO) 75% mínimo 83%
RESISTENCIA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES AASHTO T96-02 35% mínimo 24,60%
Fuente: Entregado por laboratorio PINZ – LAB LABORATORIO DE SUELOS, PAVIMENTOS Y
MATERIALES
56
4.1.2. Agregado RCA sin estabilizar y estabilizado.
Los gráficos 2-5 presentan los resultados obtenidos del ensayo de gravedad
específica y absorción (INV E-223-13) para las dosificaciones C:A planteadas. Este
ensayo se realizó tres veces (ensayo 1, 2 y 3) con el objetivo de obtener un valor
promedio de los resultados correspondientes a gravedad específica bulk (densidad
relativa) y porcentaje de absorción. En el Anexo 2 se relacionan las tablas de
resultados correspondientes a los gráficos 2-5.
Para el ensayo 3, se identificó una variación alta en cuanto a los valores obtenidos
de densidad relativa y absorción (ver gráficos 2-3). Lo anterior, se atribuye a
posibles fallas que presentó el horno en el periodo de secado del material, por lo
que se incrementó el valor correspondiente al material seco al horno. Por tanto, sólo
se tuvieron en cuenta los resultados obtenidos en los ensayos 1, 2 y su respectivo
promedio, para seleccionar las dosificaciones con mejor o más adecuado
comportamiento.
En los gráficos se evidencia que no existe una relación de proporcionalidad directa
entre las magnitudes de gravedad específica y absorción con respecto a las
dosificaciones de C:A. Lo anterior es tal vez debido a la heterogeneidad del RCA.
Sin embargo, la tendencia general observada es que la gravedad específica tiende
a incrementar ligeramente cuando se adiciona la cal, mientras que la absorción
disminuye. Lo anterior es debido principalmente a que parte de la cal se adhiere a
la partícula del RCA, ocupando parte de sus poros superficiales.
Gráfico 2. Resultados gravedad específica bulk - RCA sin estabilizar y estabilizado con dosificaciones de estudio
Fuente: Elaboración propia
2,15
2,17
2,19
2,21
2,23
2,25
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Gra
ved
ad e
spec
ífic
a b
ulk
RELACIÓN CAL: AGUA
Ensayo 1
Ensayo 2
Ensayo 3
57
Gráfico 3. Resultados % Absorción - RCA sin estabilizar y estabilizado con dosificaciones de estudio
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 4. Resultados gravedad específica bulk - RCA sin estabilizar y estabilizado con dosificaciones de estudio - AJUSTE RESULTADOS Y PROMEDIO
Fuente: Elaboración propia
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
% A
BSO
RC
IÓN
RELACIÓN CAL: AGUA
Ensayo 1
Ensayo 2
Ensayo 3
2,16
2,17
2,18
2,19
2,2
2,21
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3
Gra
ved
ad e
spec
ífic
a b
ulk
RELACIÓN CAL: AGUA
Ensayo 1
Ensayo 2
Promedio
58
Gráfico 5. Resultados porcentaje Absorción - RCA sin estabilizar y estabilizado con dosificaciones de estudio - AJUSTE RESULTADOS Y PROMEDIO
Fuente: Elaboración propia
El gráfico 6 presenta los resultados del ensayo de desgaste en la máquina de los
Ángeles (INV E-218-13). El procedimiento y los resultados de los ensayos
pueden consultarse en el Anexo 2 del presente documento. Al igual que en el
ensayo de gravedad específica y absorción, los resultados muestran que no
existe ninguna correlación de proporcionalidad directa entre la pérdida por
abrasión y la relación C:A. Sin embargo en términos generales, se observa una
tendencia a disminuir ligeramente la pérdida por abrasión, a medida que
incrementa C:A. Como el porcentaje de la pérdida por abrasión no varió
significativamente (inferior al 1,5%), los resultados de este ensayo no se tuvieron
en cuenta para la escogencia de la dosificación C:A necesaria para continuar con
las siguientes fases de estudio. La escogencia de C:A se realizó, teniendo como
criterio los resultados presentados en los gráficos 2-5. Los valores seleccionados
fueron las dosificaciones 1:2 y 1:1. En dichas proporciones, se observa la menor
dispersión de los resultados, así como la tendencia a aumentar la gravedad
específica y disminuir la absorción. Adicionalmente, se obtuvo facilidad respecto
a la dosificación y manejabilidad de la mezcla para realizar la respectiva
estabilización de las partículas del RCA.
6,0
6,3
6,6
6,9
7,2
7,5
7,8
8,1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3
AB
SOR
CIÓ
N (
%)
RELACIÓN CAL: AGUA
Ensayo 1
Ensayo 2
Promedio
59
Gráfico 6. Resultados porcentaje pérdida RCA sin estabilizar y estabilizado con dosificaciones de estudio - Ensayo Máquina De Los Ángeles
Fuente: Elaboración propia
Una vez definidas las dosificaciones de C:A, fueron ejecutados sobre las partículas
del RCA con y sin estabilización, los demás ensayos de caracterización. En las
tablas 7 a 11, se relaciona el resumen de los resultados obtenidos para la
caracterización del RCA sin estabilizar (0:0) y el RCA estabilizado con las
dosificaciones seleccionadas, verificando el cumplimiento de los requisitos
establecidos en el Capítulo 4 – artículo 450, Especificaciones generales de
construcción de carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras –
INVIAS. Tabla 450-3.
Tabla 7. Resultados ensayos INV E-218-13 RCA Estabilizado dosificaciones de estudio – comparación normatividad INVIAS
Dosificación C:A % Pérdida Máximo %
pérdida Cumplimiento
0:0 34,92% 25/35/35 CUMPLE
1:1 35,26% 25/35/35 NO CUMPLE
1:2 34,14% 25/35/35 CUMPLE Fuente: Elaboración propia
Tabla 8. Resultados ensayos INV E-238-13 RCA Estabilizado dosificaciones de estudio – comparación normatividad INVIAS
Dosificación C:A % Pérdida Máximo %
pérdida Cumplimiento
0:0 20,87% 20/25/25 CUMPLE
1:1 15,66% 20/25/25 CUMPLE
1:2 13,05% 20/25/25 CUMPLE Fuente: Elaboración propia
33,3
33,6
33,9
34,2
34,5
34,8
35,1
35,4
35,7
36,0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Pér
did
a (%
)
Relación CAL:AGUA
60
Tabla 9. Resultados ensayos INV E-224-13 RCA Estabilizado dosificaciones de estudio – comparación normatividad INVIAS
Dosificación C:A
f (kN) m (%) %
Pérdida Valor en seco, mínimo (kN)
Relación húmeda/seco,
Mínima (%) Cumplimiento
0:0 139,00 88,11% 11,89% 110/90/75 75/75/75 CUMPLE
1:1 164,60 88,05% 11,94% 110/90/75 75/75/75 CUMPLE
1:2 162,00 89,54% 10,46% 110/90/75 75/75/75 CUMPLE Fuente: Elaboración propia
Tabla 10. Resultados ensayo INV E-240-13 RCA sin estabilizar, estabilizado dosificaciones 1:1 y 1:2
Dosificaciones C:A
1:1 % Máximo partículas planas y alargadas
CUMPLIMIENTO 1
Tamaño 1/2"
Total partículas: 100
Planas Alargadas Ambas Ninguna
10% CUMPLE (Und) 15 16 3 69
(%) 15% 16% 3% 69%
Tamaño 3/4"
Total partículas: 100
Planas Alargadas Ambas Ninguna
10% CUMPLE (Und) 23 4 0 73
(%) 23% 4% 0% 73%
Dosificaciones C:A
1:2 % Máximo partículas planas y alargadas
CUMPLIMIENTO 0,5
Tamaño 1/2"
Total partículas: 100
Planas Alargadas Ambas Ninguna
10% CUMPLE (Und) 11 15 0 74
(%) 11% 15% 0% 74%
Tamaño 3/4"
Total partículas: 100
Planas Alargadas Ambas Ninguna
10% CUMPLE (Und) 16 3 0 81
(%) 16% 3% 0% 81%
Dosificaciones C:A
0:0 % Máximo partículas planas y alargadas
CUMPLIMIENTO 0
Tamaño 1/2"
Total partículas: 100
Planas Alargadas Ambas Ninguna
10% CUMPLE (Und) 10 28 1 61
(%) 10% 28% 1% 61%
Tamaño 3/4"
Total partículas: 100
Planas Alargadas Ambas Ninguna
10% CUMPLE (Und) 13 2 0 85
(%) 13% 2% 0% 85% Fuente: Elaboración propia
61
Tabla 11. Resultados ensayos INV E-227-13 RCA sin estabilizar y estabilizado dosificaciones de estudio
Dosificación C:A Tamaño % partículas fracturadas
% mínimo Cumplimiento
0:0 1/2" 100%
45/40/35 CUMPLE
3/4" 98%
1:1 1/2" 100%
3/4" 99%
1:2 1/2" 97%
3/4" 100%
Fuente: Elaboración propia
Comparando los resultados obtenidos del RCA (sin y con estabilización) con los del
agregado natural se evidencia lo siguiente: i) las partículas del RCA presentan
menor gravedad específica y mayor absorción que las del agregado natural, como
producto principalmente del mortero adherido en el RCA. ii) con respecto a la
resistencia al desgaste por abrasión y al fracturamiento de partículas no existe una
tendencia clara en los resultados, ya que el agregado natural presenta mayor
resistencia al desgaste en la máquina de Los Ángeles en comparación con el RCA,
pero las partículas del RCA presentan mayor resistencia en los ensayos Micro-Deval
y 10% de finos. iii) ambos tipos de partículas (RCA y agregado natural) presentan
geometrías ideales (partículas redondeadas con caras fracturadas y ausencia de
formas alargadas y aplanadas).
62
4.1.3. Cemento asfáltico
En la tabla 12 se relaciona el resumen de los resultados de los ensayos realizados conforme a la normatividad INVIAS (2013). Se observa que cumple con los requisitos mínimos de calidad que exige la especificación para la fabricación de mezclas de concreto asfáltico.
Tabla 12. Resultados caracterización cemento asfáltico 60-70
Ensayo Método Unidad Requisito
Valor Mínimo Máximo
Ensayos sobre el CA original
Penetración (25°C, 100 g, 5 s) ASTM D-5 0.1 mm 60 60 62.5 Índice de penetración NLT 181/88 - -1.2 +0.6 -0.7 Punto de ablandamiento ASTM D-36-95 ° C 48 54 52.5 Viscosidad absoluta (60°C) ASTM D-4402 Poises 1500 - 1750 Gravedad específica AASHTO T 228-04 - - - 1.012 Viscosidad a 135° C AASHTO T-316 Pa-s - - 0.36 Ductilidad (25°C, 5cm/min) ASTM D-113 cm 100 - >105
Ensayos sobre el residuo del CA luego del RTFOT
Pérdida de masa ASTM D-2872 % - 0.8 0.47 Penetración (25°C, 100 g, 5 s), en porcentaje de la penetración original
ASTM D-5 % 50 - 72
Incremento en el punto de ablandamiento ASTM D-36-95 ° C - 9 5 Fuente: Rondón y Reyes, 2015
En el gráfico 7 se presenta el comportamiento reológico del asfalto empleado desde
la relación viscosidad-temperatura.
Gráfico 7. Evolución de la viscosidad con la temperatura
Fuente: Rondón y Reyes, 2015
63
4.2. DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA DE CONTROL
La Tabla 13 presenta los resultados del ensayo INV. E-736-13, ejecutado
sobre las mezclas asfálticas.
Tabla 13. Porcentaje de vacíos, vacíos llenos de asfalto y vacíos en el agregado mineral
CA [%] Vacíos [%] VFA [%] VMA [%]
4,50 6,65 60,40 16,79
5,00 4,26 72,94 15,73
5,50 3,27 79,48 15,92
6,00 2,26 85,95 16,11 Fuente: Elaboración propia
En los gráficos del 8-10 se incluye la representación gráfica de los resultados
obtenidos para el porcentaje de vacíos, vacíos llenos de asfalto y vacíos en
el agregado mineral de las briquetas elaboradas con los diferentes
porcentajes de asfalto.
Gráfico 8. Representación gráfica porcentaje de vacíos en función del porcentaje de contenido de
asfalto
Fuente: Elaboración propia
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
Vac
íos
(%)
Cemento Asfáltico (%)
64
Gráfico 9. Representación gráfica porcentaje de vacíos llenos de asfalto en función del porcentaje de contenido de asfalto
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 10. Representación gráfica porcentaje de vacíos en agregado mineral en función del
porcentaje de contenido de asfalto
Fuente: Elaboración propia
La Tabla 14 presenta los resultados del ensayo Marshall (INV. E-748-13)
ejecutado sobre las mezclas asfálticas.
55,00
60,00
65,00
70,00
75,00
80,00
85,00
90,00
4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
Vac
íos
llen
os
de
asf
alto
-V
FA
Cemento Asfáltico (%)
14,50
15,00
15,50
16,00
16,50
17,00
4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
Vac
íos
en
agr
ega
do
min
era
l -V
MA
(%
)
Cemento Asfáltico (%)
65
Tabla 14. Estabilidad, flujo y relación E/F corregida vs porcentaje CA 60-70
CA [%] Estabilidad [kg] E/F [kg/mm] Estabilidad [kN] E/F [kN/mm] Flujo [mm]
4,5% 13,34 3,43 12,98 3,34 3,89
5,0% 16,09 4,64 15,74 4,54 3,47
5,5% 14,82 4,07 14,59 4,01 3,64
6,0% 13,41 3,30 13,25 3,26 4,06 Fuente: Elaboración propia
En los gráficos del 11-13 se incluye la representación gráfica de los
resultados obtenidos para la estabilidad, flujo y relación de estabilidad/flujo
de las briquetas elaboradas con los diferentes porcentajes de asfalto:
Gráfico 11. Estabilidad mezclas asfálticas en función del porcentaje de contenido de asfalto
Fuente: Elaboración propia
12,98
15,74
14,59
13,25
12,00
12,50
13,00
13,50
14,00
14,50
15,00
15,50
16,00
4,5% 5,0% 5,5% 6,0%
Esta
bili
dad
(kN
)
Cemento Asfáltico (%)
66
Gráfico 12. Flujo mezclas asfálticas en función del porcentaje de contenido de asfalto
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 13. Relación Estabilidad/Flujo mezclas asfálticas en función del porcentaje de contenido de asfalto
Fuente: Elaboración propia
Conforme al análisis gráfico del diseño Marshall, se eligió como porcentaje
óptimo de contenido de asfalto el 5,0% para continuar el presente estudio, en
vista de que presentó el mejor comportamiento. En primer lugar, cumplió las
Especificaciones generales de construcción de carreteras y normas de
3,89
3,47
3,64
4,06
3,20
3,30
3,40
3,50
3,60
3,70
3,80
3,90
4,00
4,10
4,20
4,5% 5,0% 5,5% 6,0%
Flu
jo (
mm
)
Cemento Asfáltico (%)
3,34
4,54
4,01
3,26
3,00
3,20
3,40
3,60
3,80
4,00
4,20
4,40
4,60
4,80
4,5% 5,0% 5,5% 6,0%
E/F
(kN
/mm
)
Cemento Asfáltico (%)
67
ensayo para materiales de carreteras – INVIAS (2013). Tabla 450-10, para el
nivel de tránsito 3 (NT3):
• Porcentaje de vacíos (%): dentro del rango establecido 4,0-6,0.
• Vacíos llenos de asfalto (%): dentro del rango establecido 65-75.
• Vacíos en los agregados minerales (% mínimo – Tamaño máximo
19mm): mayor a 15%. Porcentaje en el cual, se tiene un valor del
15,73% (el menor de los diferentes porcentajes de contenido de
asfalto), garantizando un espesor durable de película de asfalto,
mejor manejabilidad y facilidad en la compactación de la mezcla.
En segundo lugar, las briquetas fabricadas con este porcentaje presentaron
mayor estabilidad, menor flujo (deformación) y por lo tanto una mayor
relación estabilidad/flujo, frente a los otros porcentajes de contenido de
cemento asfáltico.
4.3. EVALUACIÓN RESISTENCIA MEZCLAS ASFÁLTICAS BAJO CARGA
MONOTÓNICA
4.3.1. Ensayo Marshall (INV. E-748-13).
En el presente capítulo se relaciona el resumen de los resultados obtenidos para
las mezclas de estudio: de control (sin realizar ningún tipo de sustitución), y
realizando las sustituciones establecidas, las cuales fueron RCA sin estabilizar en
los tamaños de ¾” y ½” y RCA estabilizado (C:A de 1:1 y 1:2) en estos mismos
tamaños. Se verificó el cumplimiento o no de los requisitos establecidos en el
Capítulo 4 – artículo 450, Especificaciones generales de construcción de carreteras
y normas de ensayo para materiales de carreteras – INVIAS (2013, Tablas 450-10
y 450-11). Para cada ensayo se realizó su representación gráfica y su respectivo
análisis ANOVA. El análisis ANOVA se presenta comparando la variación de los
resultados obtenidos entre la mezcla de control y las mezclas en las cuales se
realizaron las sustituciones del material sin estabilizar y estabilizado con las
dosificaciones seleccionadas. Adicionalmente, se compararon los resultados
obtenidos entre la mezcla cuyo reemplazo de agregado se realizó sin estabilizar
versus las mezclas en las cuales se realizaron las sustituciones del material
estabilizado.
En la tabla 15 se presentan los resultados obtenidos de la composición volumétrica
de las mezclas. La representación esquemática de los mismos se presenta en los
gráficos 14-16. En las tablas 16-18 se presenta el resumen del análisis ANOVA,
relacionando los valores F, los cuales comparados con el valor crítico F (7,71)
68
evidencian si la variación de los resultados fue representativa (color verde) o no fue
representativa (color rojo), con respecto a la mezcla de control. Se observa, que la
mezcla MDC-25 aumenta los vacíos con aire y disminuye el VFA cuando se
sustituyen las partículas de ¾” y ½” del agregado natural por RCA sin estabilizar, y
dichos cambios fueron estadísticamente significativos basados el análisis ANOVA.
Lo anterior es un indicador de aumento en la porosidad de las mezclas debido
principalmente a la mayor absorción que presentan las partículas del RCA en
comparación con las del agregado natural. Adicionalmente, la gravedad específica
del RCA es menor, y por ende, al sustituir en masa, se está ingresando en volumen
una mayor cantidad de partículas de RCA para recubrir con asfalto. Por otro lado se
observa, que al estabilizar las partículas de 3/4” con cal, estas disminuyen dichos
vacíos con aire y aumentan el VFA, lo que induce a pensar que la cal cumplió su
función de adherirse y recubrir parte de los poros superficiales de estas partículas
del RCA. A pesar de lo anterior, al disminuir el tamaño de las partículas del RCA a
½”, la cal no tuvo este efecto esperado. Se observa que no hubo ningún cambio
significativo en la composición volumétrica de las mezclas cuando se estabilizaron
las partículas de ½” con cal. Las mezclas que sustituyeron la fracción de 3/4” por
RCA (con y sin estabilización) cumplieron con los requisitos mínimos de calidad para
ser utilizadas como capas de base asfáltica en vías para bajos (NT1) y medios (NT2)
volúmenes de tránsito de acuerdo con lo establecido por INVIAS (2013). Caso
contario ocurrió cuando se sustituyeron las partículas de ½”, en donde no se da
cumplimiento a los requisitos mínimos de calidad establecidos por INVIAS (2013).
El VMA de las mezclas asfálticas de todas las sustituciones de RCA cumplen con la
normatividad INVIAS (2013) (variando desde 16,10% a 18,88%), y aunque en todas
se presentó un incremento, en el caso de las sustituciones de la fracción de 3/4”
estabilizada, este incremento no fue significativo estadísticamente.
Tabla 15. Consolidado porcentaje de vacíos, vacíos llenos de asfalto y vacíos en el agregado mineral de las Mezclas de estudio
Mezcla Densidad
bulk [g/cm3] Vacíos [%] VFA [%] VMA [%]
Control - MDC-25 2,32 4,26 72,94 15,73
3/4" Sin estabilizar 2,27 5,72 66,27 16,95
1/2" Sin estabilizar 2,22 7,91 58,12 18,88
3/4" Estabilizado relación 1:1
2,30 4,84 70,23 16,21
3/4" Estabilizado relación 1:2
2,31 4,71 70,79 16,10
1/2" Estabilizado relación 1:1
2,24 7,25 60,48 18,33
1/2" Estabilizado relación 1:2
2,25 7,00 61,40 18,11
Fuente: Elaboración propia
69
Gráfico 14 Resultados porcentaje de vacíos Mezclas de Estudio
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 15. Resultados vacíos llenos de asfalto - VFA mezclas de estudio (%)
Fuente: Elaboración propia
4,26
5,72
7,91
4,84 4,71
7,257,00
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
Control MDC-25
3/4" Sinestabilizar
1/2" Sinestabilizar
3/4"Estabilizadorelación 1:1
3/4"Estabilizadorelación 1:2
1/2"Estabilizadorelación 1:1
1/2"Estabilizadorelación 1:2
Vac
íos
(%
)
Relación Cal:Agua- Tamaño
72,94
66,27
58,12
70,23 70,79
60,4861,40
55
60
65
70
75
Control MDC-25
3/4" Sinestabilizar
1/2" Sinestabilizar
3/4"Estabilizadorelación 1:1
3/4"Estabilizadorelación 1:2
1/2"Estabilizadorelación 1:1
1/2"Estabilizadorelación 1:2
% V
FA
Relación Cal:Agua- Tamaño
70
Gráfico 16. Resultados vacíos en el agregado mineral - VMA mezclas de estudio (%)
Fuente: Elaboración propia
Tabla 16. Valor F - Análisis ANOVA porcentaje de vacíos - Va
Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por
tamaño y dosificación)
Mezcla de control
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 3/4"
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 1/2"
3/4" Sin estabilizar 20,49
1/2" Sin estabilizar 244,95
3/4" Estabilizado relación 1:1 1,85 3,39
3/4" Estabilizado relación 1:2 1,79 6,27
1/2" Estabilizado relación 1:1 159,15 7,91
1/2" Estabilizado relación 1:2 65,51 7,30 Fuente: Elaboración propia
Tabla 17. Valor F - Análisis ANOVA porcentaje de vacíos llenos de asfaltos - VFA
Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por tamaño y
dosificación)
Mezcla de control
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 3/4"
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 1/2"
3/4" Sin estabilizar 22,89
1/2" Sin estabilizar 234,36
3/4" Estabilizado relación 1:1 1,98 3,58
3/4" Estabilizado relación 1:2 1,83 6,36
1/2" Estabilizado relación 1:1 154,09 8,42
1/2" Estabilizado relación 1:2 72,86 7,27 Fuente: Elaboración propia
15,73
16,95
18,88
16,2116,10
18,3318,11
15
16
17
18
19
Control MDC-25
3/4" Sinestabilizar
1/2" Sinestabilizar
3/4"Estabilizadorelación 1:1
3/4"Estabilizadorelación 1:2
1/2"Estabilizadorelación 1:1
1/2"Estabilizadorelación 1:2
% V
MA
Relación Cal:Agua- Tamaño
71
Tabla 18. Valor F - Análisis ANOVA porcentaje de vacíos en el agregado mineral - VMA
Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por tamaño y
dosificación)
Mezcla de control
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 3/4"
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 1/2"
3/4" Sin estabilizar 18,46
1/2" Sin estabilizar 235,24
3/4" Estabilizado relación 1:1 1,66 3,07
3/4" Estabilizado relación 1:2 1,56 5,74
1/2" Estabilizado relación 1:1 155,95 6,93
1/2" Estabilizado relación 1:2 64,06 6,64 Fuente: Elaboración propia
En la tabla 19 se presentan los resultados obtenidos para evaluar la resistencia bajo
carga monotónica. La representación esquemática de dichos resultados se presenta
en los gráficos 17-19. En las tablas 20-22 se presenta el resumen del análisis
ANOVA. Se observa que la resistencia bajo carga monotónica, evaluada
principalmente a través de la relación E/F, no tuvo cambios significativos con
respecto a la mezcla de control, en ninguna de las sustituciones realizadas del
agregado natural por RCA. Es decir, el RCA (con y sin estabilizar), no generó
cambios en dicha resistencia. Todas las mezclas cumplen con los requisitos de
resistencia (E, F y E/F) para ser utilizadas como capas de base asfáltica en vías
para bajos (NT1) y medios (NT2) volúmenes de tránsito de acuerdo con lo
establecido por INVIAS (2013).
Tabla 19. Estabilidad, flujo y relación E/F corregida vs Mezcla de estudio
Mezcla E [kN] F [mm] E/F [kN/mm]
Control - MDC-25 16,09 3,47 4,64
3/4" Sin estabilizar 17,91 3,89 4,60
1/2" Sin estabilizar 17,39 4,02 4,33
3/4" Estabilizado relación 1:1 16,57 3,30 5,03
3/4" Estabilizado relación 1:2 16,92 3,60 4,70
1/2" Estabilizado relación 1:1 17,62 3,60 4,90
1/2" Estabilizado relación 1:2 17,16 3,68 4,66 Fuente: Elaboración propia
72
Gráfico 17. Resultados Estabilidad mezclas asfálticas de estudio
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 18. Resultados Flujo mezclas asfálticas de estudio
Fuente: Elaboración propia
16,09
17,91 17,3916,57
16,9217,62
17,16
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
ControlMDC-25
3/4" Sinestabilizar
1/2" Sinestabilizar
3/4"Estabilizadorelación 1:1
3/4"Estabilizadorelación 1:2
1/2"Estabilizadorelación 1:1
1/2"Estabilizadorelación 1:2
Esta
bili
dad
(kN
)
Relación Cal: Agua- Tamaño
3,47
3,894,02
3,30
3,60 3,603,68
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
ControlMDC-25
3/4" Sinestabilizar
1/2" Sinestabilizar
3/4"Estabilizadorelación 1:1
3/4"Estabilizadorelación 1:2
1/2"Estabilizadorelación 1:1
1/2"Estabilizadorelación 1:2
Flu
jo (
mm
)
Relación Cal:Agua- Tamaño
73
Gráfico 19. Resultados Relación Estabilidad/Flujo mezclas asfálticas de estudio
Fuente: Elaboración propia
Tabla 20. Valor F – Análisis ANOVA Estabilidad
Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por
tamaño y dosificación)
Mezcla de control
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 3/4"
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 1/2"
3/4" Sin estabilizar 24,76
1/2" Sin estabilizar 6,23
3/4" Estabilizado relación 1:1 1,50 43,92
3/4" Estabilizado relación 1:2 5,11 40,18
1/2" Estabilizado relación 1:1 11,65 0,25
1/2" Estabilizado relación 1:2 8,17 0,32 Fuente: Elaboración propia
Tabla 21. Valor F - Análisis ANOVA Flujo
Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por
tamaño y dosificación)
Mezcla de control
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 3/4"
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 1/2"
3/4" Sin estabilizar 20,00
1/2" Sin estabilizar 33,80
3/4" Estabilizado relación 1:1 1,00 15,08
3/4" Estabilizado relación 1:2 1,80 24,50
1/2" Estabilizado relación 1:1 1,80 50,00
1/2" Estabilizado relación 1:2 3,57 16,00 Fuente: Elaboración propia
4,64 4,60
4,33
5,03
4,70
4,90
4,66
3,0
3,3
3,5
3,8
4,0
4,3
4,5
4,8
5,0
5,3
ControlMDC-25
3/4" Sinestabilizar
1/2" Sinestabilizar
3/4"Estabilizadorelación 1:1
3/4"Estabilizadorelación 1:2
1/2"Estabilizadorelación 1:1
1/2"Estabilizadorelación 1:2
E/F
(kN
/mm
)
Relación Cal:Agua- Tamaño
74
Tabla 22. Valor F – Análisis ANOVA Relación Estabilidad/Flujo
Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por
tamaño y dosificación)
Mezcla de control
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 3/4"
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 1/2"
3/4" Sin estabilizar 0,06
1/2" Sin estabilizar 2,38
3/4" Estabilizado relación 1:1 2,86 5,50
3/4" Estabilizado relación 1:2 0,13 1,04
1/2" Estabilizado relación 1:1 1,98 11,24
1/2" Estabilizado relación 1:2 0,01 3,33 Fuente: Elaboración propia
4.3.2. Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas de concreto
asfáltico utilizando la prueba de tracción indirecta – INV E-725-13.
En las tablas 23 y 24 se presentan los resultados del ensayo de tracción indirecta.
La representación esquemática de dichos resultados se presenta en los gráficos 20-
22. Las tablas 25-26 presentan los resultados del análisis ANOVA. Con respecto a
la mezcla de control, se observan aumentos significativos de la resistencia a la
tracción indirecta bajo condición seca, cuando se emplea el RCA como sustituto de
las fracciones ¾” y ½” del agregado natural, y dicho incremento es mayor, cuando
se estabilizan las partículas de 3/4” con dosificación 1:1. A pesar de lo anterior, se
observa adicionalmente, que la cal no genera cambios significativos en la respuesta
de las mezclas en este ensayo. Para el caso del ensayo de tracción indirecta bajo
condición húmeda, sólo las mezclas que sustituyeron el agregado natural por RCA
sin estabilizar generaron un incremento significativo en dicha propiedad. Es decir,
la cal no contribuyó tampoco a aumentar la resistencia de las mezclas en esta
condición. Incluso se observa, que las mezclas que emplearon RCA estabilizado
con cal como sustituto del agregado natural, disminuyeron notablemente su
resistencia al daño por humedad (ver valores de RRT en la tabla 24), y no cumplen
con el requisito mínimo (RRT=80%) establecido por la especificación INVIAS
(2013).
75
Tabla 23. Resistencia promedio (kPa) Condición Seca Vs. Condición Saturada SECA SATURADA
Control - MDC-25 1081,64 954,58
3/4" Sin estabilizar 1282,60 1101,34
1/2" Sin estabilizar 1311,27 1187,17
3/4" Estabilizado relación 1:1 1417,08 1036,66
3/4" Estabilizado relación 1:2 1249,87 943,31
1/2" Estabilizado relación 1:1 1344,46 997,37
1/2" Estabilizado relación 1:2 1296,11 1026,80
Fuente: Elaboración propia
Tabla 24. Relación de resistencia a la tensión RRT – Verificación cumplimiento Especificaciones INVIAS
MEZCLA Relación de resistencia a
tensión - RRT (%) Cumplimiento
Control - MDC-25 88,3 CUMPLE
3/4" Sin estabilizar 85,9 CUMPLE
1/2" Sin estabilizar 90,5 CUMPLE
3/4" Estabilizado relación 1:1
73,2 NO CUMPLE
3/4" Estabilizado relación 1:2
75,5 NO CUMPLE
1/2" Estabilizado relación 1:1
74,2 NO CUMPLE
1/2" Estabilizado relación 1:2
79,2 NO CUMPLE
Fuente: Elaboración propia
76
Gráfico 20. Resultados resistencia promedio grupo especímenes condición seca
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 21. Resultados resistencia promedio grupo especímenes condición saturada
Fuente: Elaboración propia
1081,6
1282,61311,3
1417,1
1249,9
1344,5
1296,1
800,0
900,0
1000,0
1100,0
1200,0
1300,0
1400,0
1500,0
Control -MDC-25
3/4" Sinestabilizar
1/2" Sinestabilizar
3/4"Estabilizadorelación 1:1
3/4"Estabilizadorelación 1:2
1/2"Estabilizadorelación 1:1
1/2"Estabilizadorelación 1:2
Re
sist
en
cia
Pro
m. (
kPa)
Relación Cal: Agua - Tamaño sutituido en la mezcla
954,6
1101,3
1187,2
1036,7
943,3
997,4
1026,8
800,0
850,0
900,0
950,0
1000,0
1050,0
1100,0
1150,0
1200,0
Control -MDC-25
3/4" Sinestabilizar
1/2" Sinestabilizar
3/4"Estabilizadorelación 1:1
3/4"Estabilizadorelación 1:2
1/2"Estabilizadorelación 1:1
1/2"Estabilizadorelación 1:2
Re
sist
en
cia
Pro
m. (
kPa)
Relación Cal: Agua - Tamaño
77
Gráfico 22. Resultados resistencia promedio grupo especímenes condición seca versus condición saturada
Fuente: Elaboración propia
Tabla 25. Valor F – Análisis ANOVA Tracción Indirecta - Condición seca
Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por
tamaño y dosificación)
Mezcla de control
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 3/4"
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 1/2"
3/4" Sin estabilizar 13,80
1/2" Sin estabilizar 11,23
3/4" Estabilizado relación 1:1 47,99 10,09
3/4" Estabilizado relación 1:2 14,13 0,74
1/2" Estabilizado relación 1:1 20,33 0,24
1/2" Estabilizado relación 1:2 23,13 0,07 Fuente: Elaboración propia
800,00
900,00
1000,00
1100,00
1200,00
1300,00
1400,00
1500,00
Control -MDC-25
3/4" Sinestabilizar
1/2" Sinestabilizar
3/4"Estabilizadorelación 1:1
3/4"Estabilizadorelación 1:2
1/2"Estabilizadorelación 1:1
1/2"Estabilizadorelación 1:2
Re
sist
en
cia
Pro
m. (
kPa)
Relación Cal: Agua - Tamaño sutituido en la mezcla
Seco
SATURADO
78
Tabla 26. Valor F – Análisis ANOVA Tracción Indirecta - Condición saturada
Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por
tamaño y dosificación)
Mezcla de control
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 3/4"
Mezcla Sin Estabilizar
tamaño 1/2"
3/4" Sin estabilizar 13,57
1/2" Sin estabilizar 51,47
3/4" Estabilizado relación 1:1 3,69 1,67
3/4" Estabilizado relación 1:2 0,19 18,75
1/2" Estabilizado relación 1:1 2,84 45,37
1/2" Estabilizado relación 1:2 4,04 17,98 Fuente: Elaboración propia
79
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Con base en los resultados obtenidos en el presente estudio se puede concluir lo
siguiente:
Con respecto a los ensayos de caracterización de los agregados, las partículas del
RCA (con y sin estabilización) presentan menor gravedad específica y mayor
absorción que las del agregado natural, principalmente por la presencia del mortero
adherido en el RCA. Para el caso de la resistencia al desgaste por abrasión y al
fracturamiento de partículas, no existe una tendencia clara en los resultados, ya que
el agregado natural presenta mayor resistencia al desgaste en la máquina de Los
Ángeles en comparación con los RCAs, pero las partículas de los RCAs presentan
mayor resistencia en los ensayos Micro-Deval y 10% de finos. Por otro lado, las
partículas del RCA y del agregado natural presentan geometrías ideales
(redondeadas con caras fracturadas y ausencia de formas alargadas y aplanadas).
Adicionalmente, se evidenció que los RCAs pueden ser utilizados en la fabricación
de mezclas que sean utilizadas como capas de base asfáltica en vías para bajos y
medios volúmenes de tránsito (INVIAS, 2013).
Con respecto al efecto de la cal en el RCA se concluye, que ayudó ligeramente a
aumentar la gravedad específica y disminuir la absorción del RCA, pero dichos
cambios no fueron significativos estadísticamente. Es decir, no hubo una influencia
significativa de la cal sobre dichas propiedades en el RCA.
En términos generales, las mezclas MDC-25 que sustituyeron parte de la fracción
gruesa (tamaños de ¾” y ½”) del agregado natural por el RCA sin estabilizar con cal
aumentaron significativamente su porosidad (aumento del contenido de vacíos y
disminución del VFA). Lo anterior fue debido principalmente a que las partículas del
RCA presentan mayor absorción, y a que la gravedad específica del RCA es menor,
y por ende, al sustituir en masa, se está ingresando en volumen una mayor cantidad
de partículas de RCA para recubrir con asfalto. A pesar de lo anterior, la resistencia
bajo carga monotónica en el ensayo Marshall fue similar en las mezclas que
emplearon agregado natural (mezcla de control) y aquellas que usaron RCA sin
estabilizar. Es decir, dicha resistencia no se vio afectada cuando aumentaron los
vacíos con aire en las mezclas con RCA, lo que sugiere que las partículas de RCA
ayudaron a aumentar la relación E/F. Lo anterior es tal vez debido a que las mezclas
con RCA presentaban mayor cantidad de partículas en comparación con las
mezclas de control (como producto de la menor gravedad específica del RCA),
generando un mayor número de contactos intergranulares. Para el caso del ensayo
de tracción indirecta, la resistencia bajo carga monotónica en condición seca y
húmeda fue mayor cuando se sustituyó el agregado natural por el RCA sin
estabilizar a pesar que estas mezclas eran más porosas. Lo anterior pudo deberse
80
a que el asfalto se adhirió más fácilmente al RCA como producto de su mayor
absorción.
Cuando se empleó el RCA estabilizado con cal, se observa que las mezclas MDC-
25 que emplearon las partículas de 3/4”, disminuyeron los vacíos con aire y
aumentaron el VFA, lo que induce a pensar que la cal cumplió su función de recubrir
parte de los poros superficiales del RCA. Sin embargo, dicha disminución de la
porosidad no contribuyó significativamente en la resistencia bajo carga monotónica
en el ensayo Marshall. Incluso se reporta una disminución en la resistencia a
tracción indirecta bajo condición húmeda, y en la resistencia al daño por humedad,
comparadas con las mezclas que usaron RCA sin estabilizar. Es decir, la cal no tuvo
una buena influencia en la resistencia al daño por humedad. Lo anterior es tal vez
debido a que la cal no está lo suficientemente adherida a las partículas del RCA y
al ser sometidas las mezclas al ensayo, el agua ayuda a que se desprenda la
interface cal-asfalto.
Al parecer el mejor comportamiento de las mezclas con RCA (con y sin
estabilización) se obtiene cuando se sustituyen las partículas más gruesas del
agregado natural (3/4”). Se observa que no hubo ningún cambio significativo en la
composición volumétrica de las mezclas cuando se estabilizaron las partículas de
½” con cal. Para el caso del ensayo Marshall, las mezclas que sustituyeron la
fracción de 3/4” por RCA (con y sin estabilización) cumplieron con los requisitos
mínimos de calidad para ser utilizadas como capas de base asfáltica en vías para
bajos (NT1) y medios (NT2) volúmenes de tránsito de acuerdo con lo establecido
por INVIAS (2013). Caso contario ocurrió cuando se sustituyeron las partículas de
½”, en donde no se da cumplimiento a los requisitos mínimos de calidad
establecidos por INVIAS (2013). Para el caso del ensayo de tracción indirecta, la
mezcla de control y aquellas que utilizaron el RCA sin estabilizar, dan cumplimiento
a los valores mínimos de RRT establecidos por la especificación INVIAS (2013).
Caso contrario ocurre cuando la MDC-25 emplea RCA estabilizado con cal.
Se recomienda para fases futuras del proyecto: a) utilizar otros tipos de cal o aditivos
que se adhieran y recubran de mejor forma los agregados del RCA (tener en cuenta
para tal fin criterios económicos y ambientales); b) realizar mayores sustituciones
del agregado natural por RCA (p.e., sustituir ambas fracciones de ¾” y ½” al mismo
tiempo); c) realizar una fase experimental más amplia, realizando ensayos de
caracterización dinámica (p.e., ensayos de módulo resiliente, resistencia a las
deformaciones permanentes y fatiga); d) evaluar una otras variables como es el tipo
y contenido de asfalto, el tipo de RCA y agregado natural, entre otras.
81
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